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層状有機カソードによる高エネルギー、高出力ナトリウム･イオン電池

High-Energy, High-Power Sodium-Ion Batteries from a Layered Organic Cathode

By Tianyang Chen, Jiande Wang, Bowen Tan, Kimberly J. Zhang, Harish Banda, Yugang Zhang, Dong-Ha Kim, and Mircea Dincă

Journal of the American Chemical Society    2025.02.04

要約

　ナトリウム･イオン電池は代替エネルギー貯蔵解決策としての可能性から大きな注目を集めているが、既存の正極材料のエネルギー密度が限られているため課題が残っている。原理的には、酸化還元活性有機材料は理論エネルギー密度が高いため、この課題に取り組むことができる。しかし、有機電極の電極レベルのエネルギー密度は、電子/イオン輸送が悪く、溶解が激しいため低下する。ここでは、バンドギャップが低く、導電性があり、非常に不溶性の層状金属フリー正極材料をナトリウム･イオン電池に使用することを報告する。この材料は、電子酸化還元プロセスによって可能になった。式単位当り355 mAh/gという高い理論容量を示し、606 Wh/kg電極(90重量％の活性材料)という電極レベルのエネルギー密度と優れたサイクル安定性を実現する。また、二次元Na+拡散が容易になり、高い固有レート機能が可能になる。わずか2重量％のカルボキシル官能基化カーボン・ナノチューブの存在下で活性カソード材料を成長させることで、電荷輸送および電荷移動速度が向上し、さらに電力性能が向上する。これらを総合すると、手頃な価格で持続可能な有機小分子から構築されたナトリウム･イオン電池セルの構築が可能となり、90秒で充電/放電する場合のカソード・エネルギー密度が472 Wh/kg電極、最大比電力が

31.6 Wh/kg電極になる。

　本文は省略。