プレスリリース・研究成果

協奏的動きがもたらす多価イオン拡散の促進現象を発見 ― リチウムイオン蓄電池よりも性能の高い次世代蓄電池の開発促進に期待―

2018/08/10

概要

 東北大学金属材料研究所(金研)は、東京工業大学と共同で、一価イオンのLi+と多価イオンであるMg2+の相互作用により、通常は遅い正極中での多価イオン拡散(移動)が、顕著に促進される現象を初めて発見しました。これにより、多価イオンを用いる次世代蓄電池系の開発促進が期待されます。
 蓄電池におけるイオン伝導のしくみを解明することは、新たなエネルギー材料の開発に欠かせません。Mg2+、Zn2+、Al3+などの多価イオンを電荷担体(キャリア)とする蓄電池系は、今日広く使われているリチウムイオン電池の性能を凌ぐ可能性のある次世代蓄電池として注目されています。しかし上述のように、これらの多価イオンは、正極物質中を移動する速度が遅く、電極反応が進みにくいため、現状では適切な電極材料の開発が遅れています。
 本研究では、実験と理論計算の手法を併用し、Li-Mgデュアルイオン電池系におけるLi+とMg2+の拡散挙動を調査しました。すると、Mg2+の拡散がLi+との協奏的相互作用によって顕著に促進されることを発見しました。本成果は、未だ解明されていない多価イオン伝導機構に新たな知見をもたらし、多価イオンをキャリアとする蓄電池系の構築にむけて斬新なアプローチを提案します。
 本研究は、金属材料研究所の李弘毅(博士後期課程3年、JSPS特別研究員)、岡本範彦准教授、市坪哲教授、東京工業大学 元素戦略研究センターの熊谷悠特任准教授、同大 科学技術創成研究院の大場史康教授らの研究グループによって行われました。

 本成果の詳細は、2018年8月10日に「Advanced Energy Materials誌」でオンライン公開されました。

 詳細1: プレスリリース本文 [PDF: 822KB]

 詳細2: Advanced Energy Materials ウェブサイト [10.1002/aenm.201801475 ]

 

a 波長変換(第二高調波発生) b 光増幅(誘導放出) の模式図
c 超伝導体の非線形フォトニクスの概念図