プレスリリース・研究成果

発表のポイント

• 天然鉱物コベライトを30 nm程度まで小さくすることで、高速にカルシウムイオンを貯蔵することができる正極材料を開発しました。
• 水素クラスターを有する電解液と組み合わせることによって、金属カルシウムを負極に用いた蓄電池の安定動作が実現します。
• 希少な元素を含まない高エネルギー密度蓄電池であるカルシウム蓄電池を試作し、実用化の指標となる500回以上の繰り返し充放電を達成しました。

概要　

電気自動車やスマートグリッドなどのエネルギーシステムを社会全体に普及させることに向けて、資源が豊富で、蓄えられるエネルギー量が大きい次世代の蓄電池が求められています。カルシウムは地殻中に 5 番目に多く存在し、安価で入手しやすい元素です。金属カルシウムを用いることで高いエネルギー密度も実現可能であるため、カルシウムイオンやその金属を用いたカルシウム蓄電池が注目され始めています。一方、安定性や可逆性を有する電極材料や電解液が課題となっており、数十サイクル以上の繰り返し充放電可能な電池は、これまで報告されてきませんでした。

東北大学 金属材料研究所の木須一彰助教と同大学材料科学高等研究所（AIMR）の折茂慎一所長（金属材料研究所教授を兼務）、トヨタ北米先端研究所のRana Mohtadi博士（AIMR主任研究者を兼務）の研究グループは、天然鉱物としても知られるコベライト（銅藍、硫化銅）に着目し、ナノ粒子化と炭素材料との複合化を行うことで、カルシウムイオンが大量に貯蔵可能な正極材料を開発しました。さらに水素クラスターを含む電解液を用いることで、コベライト正極とカルシウム金属負極を組み合わせた電池を試作し、実用化の指標となる500回以上の繰り返し充放電を実現しました。

本成果は、2023 年 5 月 19日（オランダ時間）に国際学術誌Advanced Science にオンライン掲載されました。