研究成果のポイント
- 一次元トンネル構造をもつ蓄電池の電極材料において、イオンの種類によって、トンネル内での占有位置と粒子内部・表面における濃度分布が大きく異なることを明らかにしました。
- 東北大学東北先端顕微鏡センターと3GeV高輝度放射光施設NanoTerasuの先端計測技術を組み合わせ、イオンの入り込む位置と、それに伴う原子配列や電子状態の変化を原子レベルで解明しました。
- イオンの占有位置と局所的な結晶骨格のゆがみが電極の反応挙動や性能劣化に影響することを示し、高容量かつ長寿命な次世代蓄電池に向けたトンネル型電極材料の設計指針を提示しました。
概要
リチウムに代わり、資源豊富なナトリウム（Na）、マグネシウム（Mg）、カルシウム（Ca）を利用する次世代蓄電池に向けた正極材料の開発では、イオンの移動しやすさと電極材料の安定性の両立が求められます。特に、イオンの通り道となる一次元トンネル構造をもつ材料では、イオンの挿入と構造変化の関係が十分に分かっていませんでした。
東北大学金属材料研究所の李弘毅助教、市坪哲教授らは、東北大学東北先端顕微鏡センターの電子顕微鏡と3GeV高輝度放射光施設NanoTerasuのX線吸収分光を活用し、ホランダイト型二酸化マンガンを解析しました。その結果、イオンの種類によってトンネル内の占有位置や粒子内部の分布、周囲の電子状態の変化が異なることを解明しました。また、結晶骨格のゆがみと電極性能劣化の関係も明らかにし、次世代蓄電池の正極材料設計に新たな知見を示しました。
本研究成果は、2026年11月4日に米国化学会（ACS）の学術誌 Chemistry of Materials に掲載されました。
詳細
- プレスリリース本文 [PDF: 498KB]
- Chemistry of Materials [DOI: 10.1021/acs.chemmater.6c02510]
