KAIST、わずか数秒で急速充電可能なナトリウム電池を開発
By The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
https://www.eurekalert.org/ 2024.04.19
ナトリウムはリチウムの500倍以上豊富に存在し、最近、ナトリウム・イオン電池技術におけるその可能性について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、出力の低下、貯蔵特性の制約、充電時間の延長などの根本的な限界に直面しており、次世代エネルギー貯蔵材料の開発が必要となっている。
4月11日、KAIST(Kwang Hyung Lee理事長が代表)は、物質科学工学部のJeung Ku Kang教授率いる研究チームが、高エネルギー、高出力の急速充電が可能なハイブリッド・ナトリウム･イオン電池を開発したと発表した。
革新的なハイブリッド・エネルギー貯蔵システムは、通常電池で使用される負極材料とスーパーキャパシタに適した正極を統合している。この組み合わせにより、このデバイスは高い貯蔵容量と急速な充放電速度の両方を達成することができ、リチウム・イオン電池に代わる実行可能な次世代電池として位置づけられている。
しかし、高エネルギーおよび高出力密度を備えたハイブリッド電池の開発には、電池型負極の遅いエネルギー貯蔵速度の改善と、比較的低い容量のスーパーキャパシタ型正極材料の強化が必要である。
これを説明するために、Kang教授のチームはハイブリッド電池の最適化された合成に2つの異なる金属有機フレームワークを利用した。このアプローチは、有機金属骨格に由来する多孔質炭素に微細な活物質を含有させることにより、反応速度が改善された負極材料の開発につながった。さらに、高容量の正極材料が合成され、正極材料と負極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となった。
新しく開発された負極と正極で構成された完全に組み立てられたセルは、高性能ハイブリッド・ナトリウム･イオン・エネルギー貯蔵デバイスを形成する。このデバイスは市販のリチウム・イオン電池のエネルギー密度を上回り、スーパーキャパシタの出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、247 Wh/kgのエネルギー密度と34,748 W/kgの電力密度を達成できるハイブリッド・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進歩であると指摘した。同氏は電気自動車を含む電子機器にわたる幅広い応用を期待している。
この研究は、KAIST博士候補者のJong Hui ChoとDong Won Kimの共著で、「低結晶性導電性多価鉄硫化物埋め込みS-ドープ負極と高結晶性導電性多価鉄硫化物埋め込みS-ドープ負極」というタイトルで国際ジャーナルEnergy Storage Materials誌に掲載された。
この研究はナノマテリアル技術開発プロジェクトを通じて科学技術情報通信部と
韓国国立研究財団の支援を受けて実施された。
