炭素材料へのマグネシウムイオンの電気化学的挿入

リチウム二次電池は小型携帯用機器電源として世界中で使用されており、最近ではハイブリッド用自動車用電源としても期待されている。環境負荷低減のためには、ハイブリッド用自動車が世界中で量産されることが必須である。リチウムは量産という点では資源面の問題があり、代替材料が望まれる。そこで、本研究では資源的に豊富なマグネシウムを用いた二次電池を検討した。特に負極側について詳細に調べるため、炭素材料へのマグネシウムの挿入脱離反応を調べた。マグネシウムトリフレート、塩化マグネシウムをジメチルスルホキシドおよび炭酸エチレンと炭酸ジエチルの混合溶媒に溶解させ電解液を調製し、マグネシウムイオンの黒鉛への挿入脱離反応をサイクリックボルタンメトリー、X線回折法により調べた。その結果、1)マグネシウムイオンとジメチルスルホキシドが黒鉛に共挿入した三元系黒鉛層間化合物を得た。電解液にビニレンカーボネートを添加しても、ジメチルスルホキシドの黒鉛への挿入が認められた。2)マグネシウムイオンと炭酸エチレンが共挿入した三元系黒鉛層間化合物の生成が主に認められた。また、マグネシウムイオンのみ黒鉛に挿入して生成した二元系黒鉛層間化合物に帰属できるX線回折ピークも得られており、マグネシウムイオン電池負極として、黒鉛が使用できる可能性を実証することができた。3)炭酸エステル系溶媒の黒鉛への挿入反応については本研究成果が初めての報告例である。

リチウム二次電池は小型携帯用機器電源として世界中で使用されており、最近ではハイブリッド用自動車用電源としても期待されている。環境負荷低減のためには、ハイブリッド用自動車が世界中で量産されることが必須である。リチウムは量産という点では資源面の問題があり、代替材料が望まれる。そこで、本研究では資源的に豊富なマグネシウムを用いた二次電池を検討した。特に負極側について詳細に調べるため、炭素材料へのマグネシウムの挿入脱離反応を調べた。マグネシウムトリフレート、塩化マグネシウムをジメチルスルホキシドおよび炭酸エチレンと炭酸ジエチルの混合溶媒に溶解させ電解液を調製し、マグネシウムイオンの黒鉛への挿入脱離反応をサイクリックボルタンメトリー、X線回折法により調べた。その結果、1)マグネシウムイオンとジメチルスルホキシドが黒鉛に共挿入した三元系黒鉛層間化合物を得た。電解液にビニレンカーボネートを添加しても、ジメチルスルホキシドの黒鉛への挿入が認められた。2)マグネシウムイオンと炭酸エチレンが共挿入した三元系黒鉛層間化合物の生成が主に認められた。また、マグネシウムイオンのみ黒鉛に挿入して生成した二元系黒鉛層間化合物に帰属できるX線回折ピークも得られており、マグネシウムイオン電池負極として、黒鉛が使用できる可能性を実証することができた。3)炭酸エステル系溶媒の黒鉛への挿入反応については本研究成果が初めての報告例である。