Study on Factors Affecting Reversibility of Anionic Redox Reaction for Rechargeable Battery Applications

低炭素社会実現へと向けて、高効率でエネルギーの貯蔵が可能となる蓄電池の高性能化・低コスト化が求められている。本研究課題では、蓄電池材料の設計開発指針の革新と新材料の創製を実現するため、従来材料で利用されているカチオン種による電荷補償ではなく、その代わりとしてアニオン種による電荷補償を利用し、さらに、電極ホスト構造の骨格としても従来の高結晶性層状構造から脱却し、三次元の安定な骨格構造と界面濃度の高い準安定相に立脚した材料設計指針の革新を実現する。本年度は岩塩型のMn系材料に着目し、その粒径を制御することで、高容量材料となることを明らかにしている。また、この材料はマンガンのカチオンレッドクスだけではなく、アニオン種の電荷補償により高容量が得られることも明らかにしている。粒子サイズと材料組成の最適化により、寿命に課題のあったアニオンレドックスの安定化向上にも成功しており、今後の研究の展開によりさらなる高容量化・高性能化が期待できる。従来層状構造材料とは異なる、新規材料設計指針の構築により、リチウム・ナトリウムイオンといった正電荷イオンの高密度電荷蓄積と固体中の高速移動を実現する学術的な方法論の確立にもつながることが期待できる。従来の材料設計指針では決して到達不可能な高エネルギー密度、高入出力特性を有する次世代の蓄電池材料の創製は、将来的な再生可能エネルギーに立脚した低炭素エネルギー社会構築の実現につながる研究成果であるといえる。

低炭素社会実現へと向けて、高効率でエネルギーの貯蔵が可能となる蓄電池の高性能化・低コスト化が求められている。本研究課題では、蓄電池材料の設計開発指針の革新と新材料の創製を実現するため、従来材料で利用されているカチオン種による電荷補償ではなく、その代わりとしてアニオン種による電荷補償を利用し、さらに、電極ホスト構造の骨格としても従来の高結晶性層状構造から脱却し、三次元の安定な骨格構造と界面濃度の高い準安定相に立脚した材料設計指針の革新を実現する。本年度は岩塩型のMn系材料に着目し、その粒径を制御することで、高容量材料となることを明らかにしている。また、この材料はマンガンのカチオンレッドクスだけではなく、アニオン種の電荷補償により高容量が得られることも明らかにしている。粒子サイズと材料組成の最適化により、寿命に課題のあったアニオンレドックスの安定化向上にも成功しており、今後の研究の展開によりさらなる高容量化・高性能化が期待できる。従来層状構造材料とは異なる、新規材料設計指針の構築により、リチウム・ナトリウムイオンといった正電荷イオンの高密度電荷蓄積と固体中の高速移動を実現する学術的な方法論の確立にもつながることが期待できる。従来の材料設計指針では決して到達不可能な高エネルギー密度、高入出力特性を有する次世代の蓄電池材料の創製は、将来的な再生可能エネルギーに立脚した低炭素エネルギー社会構築の実現につながる研究成果であるといえる。