低価格・高安全性の新方式電池「酸素ロッキング電池」の提案・実証 電力グリッドなどの大規模用途での利用に期待

現在最も広く使用されているリチウムイオン電池は、希少材料や引火性物質を含んでおり、電気自動車やスマートグリッドで今後ますます必要とされる大型電池には適さない。そのため、低価格・高安全の次世代電池の開発が急がれている。

酸素シャトル電池の原理と反応（矢印の向きは放電時の反応を表わしている，充電時は逆向き。）© Noritaka Mizuno

東京大学大学院工学系研究科の水野哲孝教授らは、価格・安全性の点で大きな利点を持った「酸素ロッキング電池」が可能であることを実証した。

リチウムイオン電池では、リチウムイオンが電極間をロッキングチェアのように行ったり来たりするのに対し、酸素ロッキング電池では、酸素イオンの電極間移動を電気エネルギーとして取り出すことができる。

酸素イオンは大きなイオンで固体中では動かすことは困難である。しかし今回、アルカリ電解液中で酸素の挿入・引き抜きを繰り返し行える物質の存在が明らかになった。これらの物質を電極に利用することで、リチウムイオン電池電極と同様なトポタクティック反応（化学結合に大きな組み換えのない反応）を正極と負極の両極で利用することができ、酸素ロッキング電池が可能となった。

本電池システムは、水溶液を電解質として用いており、水の電気分解の起こらない電位範囲で使用する必要がある。そのため、高起電力・高エネルギー密度が要求される用途よりも、希少なリチウムや、引火性の電解質を用いないことを利点とした用途、例えば、スマートグリッド化によって大量に必要となる定置型システムなど、価格、安全性、安定性が要求される用途に適している。

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により、助成を受けたものである。

論文情報

Mitsuhiro Hibino, Takeshi Kimura, Yosuke Suga, Tetsuichi Kudo, Noritaka Mizuno,
“Oxygen rocking aqueous batteries utilizing reversible topotactic oxygen insertion/extraction in iron-based perovskite oxides Ca_1?xLa_xFeO_3－δ,”
Scientific Reports 2: 601, 2012. Online Edition: 2012/8/24 (Japan time), doi:10.1038/srep00601
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