酸化物ナノシートによる亜鉛電極表面修飾と高性能2次電池の開発

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では、受け入れホストがこれまでに確立した層状化合物の巨大水和膨潤－単層剥離プロセスに基づき、厚さ1~2 nmの遷移金属酸化物ナノシートが分散したコロイド溶液を合成した。特別研究員（Wang）は特にレピドクロサイト型酸化チタンナノシートの合成法を習得するとともに、これを高速遠心分離してナノシートを沈降させ、上澄の水溶液を除去して有機溶媒（DMSO）中に再分散させたサンプルを合成した。次に表面を研磨して平滑化した亜鉛金属板上にこのDMSO分散液を滴下し、適切な速度でスピンコートすることにより、横サイズ数μm×厚さ~1 nmの酸化チタンナナノシートがほとんど重なり、隙間を作ることなく稠密配列することを明らかにした。この酸化チタンナノシート単層膜で被覆された亜鉛板を電極として、亜鉛塩を含む水溶液中で充放電テストなど様々な電気化学測定を行いその電極特性を評価した。その結果、これまで亜鉛電池で大きな問題となっていたデンドライトの生成が大きく抑制され、サイクル寿命が従来の10倍以上に大幅に改善される効果があることが明らかになった。これはナノシートの隙間で亜鉛の堆積が始まり、ナノシートの表面に沿って亜鉛がラテラル成長するためであると考えられる。以上の結果は安全、安価な二次電池として期待されている亜鉛電池の実用化に大きな障害になっていた問題を解消するものであり、実用化に向けて大きな前進と評価できる。本成果については特許出願を済ませ、論文を投稿しているところである。