新方式二次電池「デュアルイオン電池」の開発 安価な電池の開発に向けて
プラグインハイブリッド自動車や電気自動車、また風力や太陽光発電などの新エネルギーの利用に向けて、現在広く使用されているリチウムイオン電池よりもエネルギー密度が高い電池の開発が強く求められている。これらの性能のほか、電池には低価格で高い安全性も要求される。
© Noritaka Mizuno. 新方式電池における理想的な反応（正極としてCaFeOz (2.5 ≤ z ≤ 3)、負極としてNaを用いた場合）。図中の矢印は放電時の反応方向を示す。
東京大学大学院工学系研究科の水野哲孝教授ら研究グループは、従来の電池が抱える問題を解消するような電池の開発に取り組み、「酸素シャトル電池（酸素ロッキング電池）」という二次電池を提案し、実証してきた。しかし、これまでの「酸素シャトル電池」は安全性が高い一方で、エネルギー密度が十分ではなく、改良が求められていた。
今回、研究グループは、電池の正極として酸化鉄(IV)カルシウム（CaFeO3）、電解質としてナトリウムイオン（Na+）、負極として金属ナトリウム（Na）を用いることにより、新しい作動方式である「デュアルイオン電池」の開発に成功した。
この新たな方式の電池では、正極材料中を酸化物イオン、電解質中は負極材料に合わせたイオン、すなわち2種のイオン（デュアルイオン）が移動する。今回示したようにナトリウムイオン電解質、リチウムイオン電解質など、さまざまな電解質が利用可能なため、従来のリチウムイオン電池やナトリウム電池のように負極に適した正極材料の探索は必要なく、同一の正極材料に対してリチウムやナトリウムを負極として使用することが可能となる。また、正極の材料として、今回の実証に用いたカルシウムとナトリウムの酸化物（CaFeO3）など希少金属を含まない化合物が利用可能であり、従来のリチウムイオン電池で使用されてきた毒性が高く、しかも高価格なコバルトを使用せず安価に電池の作製が期待できる。
本研究は、日本学術振興会の最先端研究開発支援プログラムの助成を受けて行われた。
論文情報
M. Hibino, R. Harimoto, Y. Ogasawara, R. Kido, A. Sugahara, T. Kudo, E. Tochigi, N. Shibata, Y. Ikuhara, N. Mizuno,
“A New Rechargeable Sodium Battery Utilizing Reversible Topotactic Oxygen Extraction/Insertion of CaFeOz (2.5 ≤ z ≤ 3) in An Organic Electrolyte,”
Journal of the American Chemical Society 136, 488-494 (2014), doi: 10.1021/ja411365z.
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