新しい高容量ナトリウム･イオン電池は再充電可能電池のリチウムと置き換えられる
New High-capacity Sodium-ion Could Replace Lithium in Rechargeable Batteries
By University of Birmingham
https://phys.org/より September 12, 2018
アメリカ化学協会誌に発表された研究によると、バーミンガム大学の科学者達はリチウム・イオン電池のリチウムをナトリウムで交換する道を開いている。リチウム・イオン電池(LIB)は再充電でき、ラップトップ、携帯電話そしてハイブリッド自動車や完全電気自動車で幅広く使われている。電気自動車は街の汚染と戦い、清澄で持続的な輸送時代を実現するための決定的な技術である。しかし、リチウムは高価で、資源は地球上に偏在して分布している。大量の飲料水がリチウム抽出に使われ、リチウム需要の上昇につれて抽出技術はよりエネルギー集約になってきている－持続可能性から見た「独自の目標値」。
かつて電気自動車用の需要増加につれて、信頼性のある再充電可能な電池の必要性は劇的に上昇し、したがって、リチウムよりも安価で容易に入手できる他の電荷担体を発見することに強い関心がある。ナトリウムは安価で海水中にあり、したがって、実質的に無限である。しかし、ナトリウムはリチウムよりも大きいイオンであるため、現在の技術でリチウムとナトリウムを簡単に交換することは出来ない。例えば、リチウムとは違って、ナトリウムは偏在するLIB陰極の炭素層間に合わない。
科学者達は、容量、充電速度、エネルギー密度についてリチウムと競争できるナトリウム･イオン電池用の電池成分として作用する新しい材料を見つける必要があった。
スーパーコンピューターで量子力学モデルを使って、バーミンガム大学の冶金材料学部のアンドリュー・モリスのチームは、ナトリウムがリンの中に挿入される時に起こることを予想できた。ローレン・マルベラ博士と予言を実現した実験を行ったケンブリッジ大学のクレアー・グレイのチームとの共同研究で、彼等は充電の途中段階でリンは螺線を形成することを発見した。研究者達は電極の最終組成を明らかにした。電極は同じ重量のグラファイト容量の7倍の最終荷電単体容量を持っている。このことは我々に高容量ナトリウム･イオン陰極の作り方に新しい洞察力をもたらした。
アンドリュー・モリス博士は次のように言った。“これは計算物質科学にとって巨大な勝利である。我々はリンが電極としてどのように行動するかを2016年に予測し、今や利用できるようになった。グレイ教授のチームは実験に洞察を与え、我々の予測をより良くする方法を学んだ。理論と実験の強力な組み合わせに驚くばかりである。”
