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研究者はわずか数秒で急速充電できるナトリウム電池を開発

Researchers Develop Sodium Battery Capable of Rapid Charging

 in Just a Few Seconds

By The Corea Advanced Institute of Science and Technology

https://techxplore.com/  より　　　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。

　材料科学工学科のJeung Ku Kang教授率いる研究チームは、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。この研究は、韓国科学技術院博士候補者のJong Hui ChoiとDong Won Kimの共著で、「高性能ナトリウム･イオン・ハイブリッド・エネルギー貯蔵用の3D多孔質異質Nリッチ・グラファイト・カーボン・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ドープ陰極と高表面積Oドープ陽極」の表題でEnergy Storage Materials誌に掲載された。

　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陰極材料とスーパー・キャパシタに適した陽極を統合している。この組み合わせにより、この装置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、電池型陰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・キャパシタ型陽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陽極材料の開発につながった。

　さらに、高容量の陽極材料が合成され、陽極材料と陰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になった。

　新しく開発された陰極と陽極で構成された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、電気自動車を含むさまざまな電子機器にわたる幅広い応用を期待している。