KAIST、わずか数秒で急速充電可能なナトリウム電池を開発
KAIST Developpes Sodium Battery Capable of Rapid Charging in Just a Few Seconds
By PR Office
https://news.kaist.ac.kr/ 2024.04.18
リチウムの500倍以上の豊富なナトリウムは、最近、ナトリウム・イオン電池技術における可能性から大きな注目を集めている。しかし、既存のナトリウム･イオン電池は、出力が低い、貯蔵特性が制限される、充電時間が長いなどの根本的な制限に直面しており、次世代のエネルギー貯蔵材料の開発が必要である。
4月11日、KAIST(代表：Kwang Hyung Lee学長)は、材料科学工学部のJeung Ku Kang教授率いる研究チームが、急速充電が可能な高エネルギー、高出力のハイブリッド・ナトリウム･イオン電池を開発したと発表した。
この革新的なハイブリッド・エネルギー貯蔵システムは、電池で一般的に使用されるアノード材料とスーパー・キャパシタに適したカソードを統合している。この組み合わせにより、装置は高い貯蔵容量と急速な充放電速度の両方を実現でき、リチウム・イオン電池の次世代代替品として位置付けられている。
しかし、高エネルギーと高電力密度を備えたハイブリッド電池の開発には、電池タイプのアノードの遅いエネルギー貯蔵速度の改善と、スーパー・キャパシタ・タイプのカソード材料の比較的低い容量の向上が必要である。
これを考慮して、Kang教授のチームは、ハイブリッド電池の最適な合成に2つの異なる金属有機構造体を使用した。このアプローチにより、金属有機体構造から得られた多孔質炭素に微細な活性材料を含めることで、運動特性が改善されたアノード材料が開発された。さらに、高容量のカソード材料が合成され、カソード材料とアノード材料を組み合わせることで、バランスを最適化し、電極間のエネルギー貯蔵率の差を最小限に抑えるナトリウム･イオン貯蔵システムの開発が可能になった。
新たに開発されたアノードとカソードで構成される組み立てられたフルセルは、高性能ハイブリッド・ナトリウム･イオン・エネルギー貯蔵装置を形成する。この装置は、市販のリチウム・イオン電池のエネルギー密度を超え、スーパー・キャパシタの電力密度の特性を示す。電気自動車からスマート電子機器、航空宇宙技術に至るまでの急速充電用途に適していると期待されている。
Kang教授は、急速充電が可能で、エネルギー密度247 Wh/kg、電力密度34,748 W/kgを達成できるこのハイブリッド・ナトリウム･イオン・エネルギー貯蔵装置は、エネルギー貯蔵システムの現在の限界を克服する画期的な成果であると指摘した。同教授は、電気自動車を含むさまざまな電子機器に幅広く応用されることを期待している。
KAIST博士課程の学生であるJong Hui ChoiとDong Won Kimが共同執筆したもので、3月29日に国際誌「Energy Storage Materials」に「高性能ナトリウム･イオン・ハイブリッド・エネルギー貯蔵のための3D多孔質窒素リッチ・グラファイト・炭素フレームワークの低結晶性導電性多価鉄硫化物埋め込みSドープ・アノードと高表面積Oドープ・カソード」というタイトルで発売された。
この研究は、ナノ材料技術開発プロジェクトを通じて、韓国科学技術院情報通信部と韓国国立研究財団の支援を受けて実施された。
