高性能：低コストのナトリウム･イオン電池をベースにした
電気自動車の普及
Proliferation of Electric Vehicles Based on High-Performance,
Low-Cost Sodium-Ion Battery
By National Research Council of Science & Technology
https://phys.org/より 2021.06.18
様々な自動車会社が内燃エンジン車から電気自動車への移行を準備している。しかし、コストが高いため、消費者は電気自動車に簡単にアクセスできない。そのため、いくつかの政府は販売を促進するために電気自動車に助成金を支給している。電気自動車のコストが内燃エンジン車のコストと競合するためには、コストの約30％を占める電池は内燃ベースの車両よりも経済的でなければならない。
韓国科学技術研究所はエネルギー貯蔵研究センターのSang-Ok Kim博士のチームがナトリウム･イオン二次電池に使用するための新しい高性能で経済的な陰極材料を開発したと発表した。リチウム・イオン電池よりも費用対効果が高い。この新しい材料は市販のリチウム・イオン電池で使用されているグラファイト陰極の1.5倍の電力を蓄えることができ、10 A/gの非常に速い充放電速度で200サイクル後でも性能が劣化しない。
ナトリウムはリチウムよりも地球の地殻に500倍以上豊富に含まれている。そのため、ナトリウム･イオン電池はリチウム・イオン電池に比べて40％安価であるため、次世代二次電池として注目されている。しかし、リチウム・イオンと比較すると、ナトリウム･イオンは大きいため、このような電池の陰極として広く使用されているグラファイトやシリコンに安定して保存できない。したがって、新規で大容量の陰極材料の開発が必要である。
韓国科学技術研究所チームは大容量の陰極材料の候補として関心を集めている金属硫化物である二硫化モリブデン(MoS2)を使用した。MoS2は大量の電力を蓄えることができるが、電池の動作中に発生する高い電気抵抗と構造の不安定性のために使用できない。しかし、Sang-Ok Kim博士のチームは低コストで環境に優しい材料であるシリコン・オイルを使用してセラミック・ナノ・コーティング層を作成することにより、この問題を克服した。MoS2前駆体をシリコン・オイルと混合し、混合物を熱処理するという単純な工程により抵抗が低く、安定性が向上した安定したヘテロ構造を生成できる。
さらに電気化学的特性の評価により、この材料はコーティングなしのMoS2材料の少なくとも2倍の電力(～600 mAh/g)を安定して蓄積でき、200回の急速充放電サイクル後でもこの容量を維持できることが示された。この優れた性能はMoS2表面に高い導電性と剛性を与え、材料の電気抵抗を低くし、構造安定性を高める、高い電気貯蔵容量を備えたセラミック・ナノ・コーティング層の形跡によって達成された。
Sang-Ok Kim博士は「ナノ・コーティング表面安定化技術により、MoS2の高い抵抗と構造不安定性の問題をうまく解決できた。その結果、大容量を安定して保存できるナトリウム･イオン電池を開発できた。」と述べた。我々の方法は、費用対効果が高く、環境に優しい材料を使用しており、陰極材料の大規模製造に適合すれば、製造コストを削減できるため、大容量電力貯蔵装置用のナトリウム･イオン電池の商業化を促進できる。
