リチウムの代わりにマグネシウム：新しい技術により、より安価で汚染物質の少ないバッテリーが可能になります

東北大学の研究者らは、低温でも効率的な充放電を可能にするマグネシウム二次電池用の新しい正極材料を開発し、電池技術の革新的な進歩を遂げた。

結果の詳細は、Journal of Materials Chemistry Aに掲載されました。

科学者たちは、マグネシウムベースの電池（RMB）の電極として使用するために、さまざまな化学元素（リチウム、クロム、マンガン、鉄、亜鉛、モリブデンなど）で構成されるDRXと呼ばれる材料を研究してきました。これらの電池にはリチウムイオン電池に比べていくつかの潜在的な利点がありますが、研究はまだ初期段階にあります。

塩の結晶構造からのマグネシウムイオンの放出

主な問題の 1 つは、可逆的 (つまり、充電可能な) 方法で電極にマグネシウムを挿入および電極から除去する方法を理解することでした。塩構造（岩塩に似た）を持つ DRX 材料は特に関心を集めています。

この問題は、次のような高度なテクニックを使用することで解決されました。

結晶構造内に空の場所（空孔）を作成する： DRX の初期組成にリチウムを導入することにより、抽出後にマグネシウムの移動に必要な「空の場所」が作成されます。
他の金属の酸化状態 (電荷) の制御:これは、マグネシウムの挿入および抽出中の電荷のバランスをとるために重要です。
マグネシウムの拡散の増加:リチウムの存在により、構造内でのマグネシウムイオンの拡散が促進されます。

これは、人民元の正極材料として酸化岩を初めて使用したことを意味する。研究者らが採用した高エントロピー戦略により、陽イオン欠陥が岩石酸化物の陰極を活性化することができた。

これまで、スピネル構造を有する従来のカソード材料では、Mg の移動度を高めるために高温が必要でした。東北大学の研究者らが発表した材料は、わずか90℃で効率的に動作し、必要な動作温度が大幅に低下することが実証されており、したがってマグネシウムがカソードに有益に使用できる材料となっている。

これが実際に何を意味するか

東北大学金属材料研究所（IMR）教授の川口智也氏は、この研究のより広範な意味を強調する。

同教授は、「リチウムは希少で不均一に分布しているが、マグネシウムは豊富に入手可能であり、より持続可能で経済的なリチウムイオン電池の代替品となる。新しく開発された正極材料を備えたマグネシウム電池は、グリッドストレージ、電気自動車、ポータブル電子機器などのいくつかの用途で中心的な役割を果たすことになり、再生可能エネルギーへの世界的な移行と二酸化炭素排出量の削減に貢献します。」

さらに、マグネシウムはリサイクルがはるかに簡単で、リチウムよりも環境汚染の問題がはるかに少ないです。たとえば、マグネシウムは海塩に一般的に含まれています。

最終的に、この発見は、効率的で環境に優しいエネルギー貯蔵ソリューションの探求における重要な前進を意味します。

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