20 5月 2019

【論文紹介】Coulombic self-ordering upon charging a large-capacity layered cathode material for rechargeable batteries | Nature Communications

出典:https://www.nature.com/

Nature Communicationsvolume 10, Article number: 2185 (2019), DOI: 10.1038/s41467-019-09409-1
・東京大学山田敦夫先生らの研究グループは、活物質の劣化を自己修復する活物質の原理を実証した。
・ナトリウムイオン電池用の酸素レドックス層状正極Na2RuO3は、積層欠陥が充放電サイクルとともに消失する”自己修復機能”を確認した。
・これは、ナトリウムイオンが脱離した後に生じる空孔(マイナスの電荷)と、構造中に残存するイオン(プラスの電荷)との間で、ファンデルワールス力よりもはるかに強い「クーロン引力」が生まれることが重要な役割を果たしていることがわかった。つまり、イオンと空孔が強く引き合うことで乱れのない構造へと自発的に変化し、自己修復されていた。
・このクーロン引力を利用する画期的な方法を他の電極材料にも導入することで自己修復能力が発現すること、さらには、電池の長寿命化が可能となることが期待される。
<元記事>https://www.nature.com/articles/s41467-019-09409-1

LIBの場合、これに似た劣化よりも支配的な劣化モードがある。Naイオン電池はこのモードが劣化の支配的なのであろうか。
このようなメカニズムはRu-Oの組み合わせなので成立しやすい。3d遷移金属では難しいであろう。

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22 4月 2019

【論文紹介】Taming Active Material-Solid Electrolyte Interfaces with Organic Cathode for All-Solid-State Batteries: Joule

出典:https://www.cell.com/

Joule, 2019; DOI: 10.1016/j.joule.2019.03.017
・全固体ナトリウムイオン電池に有機正極を用いた。
・用いた有機正極ピレン-4,5,9,10-テトラオン(PTO)は柔軟であるため、固体電解質との固体-固体界面を形成しやすく安定したサイクルが得られる。
・全固体電池の多くは、サイクル中に形成される正極/固体電解質界面の被膜が成長し、抵抗上昇するが、このPTO系電池では、被膜が可逆的に変化する。
・PTO系電池は、固体電解質中で高い比エネルギー(587Wh kg -1)および記録サイクル安定性(500サイクル)を示す。
<元記事>https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30157-6?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2542435119301576%3Fshowall%3Dtrue

オール有機電池は自動車用途には向かないかもしれないが、軽さや高い耐久性を目的にした電池としては既存の電池と差別化できるかもしれない。ウエアラブル用途でオール無機電池がチャレンジしているが、これを目指してもいいのではないだろうか。比較的大きな容量を必要とし価格勝負であれば、オール有機の方が優位かもしれない。
Liに対するNaの優位性はイオン伝導度である。

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20 2月 2019

【論文紹介】Siloxene: A potential layered silicon intercalation anode for Na, Li and K ion batteries – ScienceDirect

出典:https://ars.els-cdn.com/

Journal of Power Sources, Volume 417, Pages 99-107 doi: 10.1016/j.jpowsour.2019.02.030
・フランスの研究者らは、層状CaSi2から二次元の層状siloxeneを合成した。
・層状ラメラsiloxeneはLi、Na、Kに対して、それぞれ2300、311、203 mAh / gの可逆容量を確認。
・特筆すべきは、シリコンベースの材料でこのような大きな可逆容量を体積変化無しで達成したこと。
<元記事>https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378775319301478?via=ihub

ナノシート材料としてCaSi2が使われることがある。豊田中研などで盛んに取り組まれていた。CoO2シートを作ろうとしていてNIMSの高田先生が超電導材料を発見したのは有名な話である。

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04 2月 2019

【論文紹介(オープンアクセス)】Nanotube-structured Na 2 V 3 O 7 as a Cathode Material for Sodium-Ion Batteries with High-rate and Stable Cycle Performances | Scientific Reports

出典:https://media.springernature.com/

Scientific Reportsvolume 8, Article number: 17199 (2018)
・ナトリウムイオン電池用正極材。
・ハイスループット計算により、4300位上の候補より、ナノチューブ構造のNa2V3O7がNaイオン電池用正極として好適であることを提案。
・合成したナノチューブ構造のNa2V3O7は、5μm程度のサイズにおいても、室温で10Cの電流密度で約65%の容量維持率を示すことを確認。
・充放電中の体積変化が0.4%と小さいことから、50サイクル後にも94%の容量維持率をしめすことを確認。
<元記事>https://www.nature.com/articles/s41598-018-35608-9

基準や比較対象が設定されていないCレートの使用を禁止してほしい。

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02 2月 2019

【ニュース】韓国研究チーム、世界初「海水電池」開発…54兆ウォンESS市場狙う | 中央日報

・UNISTエネルギーおよび化学工学部のキム・ヨンシク教授が中心となり、韓国電力・韓国東西発電と共に2017年から3年間事業費50億ウォン(約4億8700万円)を投じ、海水電池をエネルギー保存システム(ESS)で使うための「海水電池商用化研究」を進める。
・海水電池は、海水中のナトリウム(Na+)イオンを陰極材に、水を陽極として利用して電気を生産・保存する。
・リチウムは地殻の0.02%しかなく、昨年だけで価格が3倍も上がった貴重鉱物だが、海水電池は生産費用が50%以上安い。
・最近では全国的に連続して火災が発生したリチウムイオン基盤ESSに代えられるという期待も高まっている。
<元記事>https://japanese.joins.com/article/808/249808.html?servcode=300§code=300

詳細はわからないが、二次電池としての価値があるのか疑問である。

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05 9月 2018

【ニュース】EV向け次世代電池を試作 長岡技科大の本間准教授  :日本経済新聞

・長岡技術科学大学の本間剛准教授と日本電気硝子は、正極材にナトリウム系の結晶化ガラスを使う「全固体ナトリウムイオン2次電池」の試作品を開発した。本間准教授に新型電池の特徴や用途などを聞いた。
・「自動車メーカーなどは電極にリチウム、固体電解質に硫化物を使う研究を進めている。今回の電池はレアメタル(希少金属)のリチウムの代わりに、資源が豊富なナトリウムを使い、コストを低減できる。電解質には酸化物を使っており、環境負荷も小さい」
<元記事>https://www.nikkei.com/article/DGXMZO34925500T00C18A9L21000/

<X’s EYE(X氏コメント)>
ビジネス:
ナトリウムの埋蔵量が多いことから価値を主張しているが、リチウムも十分に多い。 Read More

17 6月 2018

【コラム】「次世代リチウムイオン電池」戦争勃発、4候補のどれが有力なのか EV、スマートフォン、ドローンで需要増|

・次世代バッテリーの4候補、全固体電池、ナトリウムイオン電池、グラフェン・バッテリー、リキッド・フロー・バッテリーを紹介する。
◯全固体電池:論文によると、この技術により7分間でチャージできる上、低温や高温状態でも性能が落ちないバッテリーが実現できるという。この技術は特にEVやハイブリッド車にとって有用なものになると期待されている。
◯ナトリウムイオン電池:2015年にはフランス国立化学センターがPC用バッテリーの市販用プロトタイプの開発に成功しており、今後5~10年で実用化が急速に進むと考えられているバッテリーの1つ
◯グラフェンバッテリー:現在スペインのグラフェンナノ社が中国のチント社と共同でグラバットと名付けられたバッテリーを開発中。同社によるとグラフェン・ポリマーを使用した電池はエネルギー密度が1000Wh/kgで、リチウムイオン電池の180Wh/kgを大幅に上回る。
◯リキッド・フロー・バッテリー:IBMではスマホにも利用できる小型のリキッド・フロー・バッテリーを開発中で、近い将来実現の可能性がある。
<元記事>https://www.sbbit.jp/article/cont1/35020

24 4月 2018

【ニュース】再エネ効率的に貯蔵、「ナトリウムイオン電池」寿命・容量が増大  :日本経済新聞

・太陽光や風力といった再生可能エネルギーの安定供給に欠かせない次世代電池「ナトリウムイオン電池」の寿命や性能を高める技術開発が相次ぐ。
・三菱ケミカルは電解液に加えると、負極の表面に保護膜を作る物質を開発。
・東大の山田淳夫教授らは物質・材料研究機構などと、ナトリウムを電解液に多く溶かすことで電解液と電極の寿命を伸ばす技術を開発。
・東京理科大の駒場慎一教授と久保田圭講師らは、正極材料にマグネシウムを加えたところ、電極に蓄えられる電気が約3割増え、リチウムイオン電池と同等以上になることを確かめた。
・ナトリウムイオン電池は使い続けると、寿命や性能が落ちる問題があった。再エネの余剰電力を蓄える用途向けに実用化を目指す。
<元記事>https://www.nikkei.com/article/DGXMZO29676490Q8A420C1TJM000/

19 4月 2018

【論文紹介】Atomic visualization of a non-equilibrium sodiation pathway in copper sulfide | Nature Communications

出典:https://www.nature.com/

Nature Communicationsvolume 9, Article number: 922 (2018);doi:10.1038/s41467-018-03322-9
・ナトリウムイオン電池用の負極材について。
・本報告では、硫化銅ナノプレートが理論に近い容量(約560 mAh/g)と長期信頼性を示すことを実証。
・硫化銅名のプレートのナトリウム化が非平衡反応経路に従うことを明らかにした。
・硫化銅ナノプレートがナトリウム化時に準安定相を含む4つの異なる原子構造をとり、そしてそれが反映された硫化銅の放電プロファイルが観察された。
<元記事>https://www.nature.com/articles/s41467-018-03322-9

02 3月 2018

【論文紹介】Monovalent manganese based anodes and co-solvent electrolyte for stable low-cost high-rate sodium-ion batteries

出展:https://www.nature.com/

Nature Communicationsvolume 9, Article number: 861 (2018);doi:10.1038/s41467-018-03257-1
・低コスト、高レート特性のナトリウムイオン電池の正負極活物質として、マンガンのレドックス対を有するプルシアンブルー類似体を用いた。
・特筆すべきは、軟X線吸収分光法および共鳴非弾性X線散乱によって負極材中に1価のマンガンが存在することを確認した。
・シアノ配位子とマンガン-3d状態との間には強力なハイブリダイゼーションが存在し、電子の移動を容易にするため、5分間で90%の容量を放電できる。
・更に、プルシアンブルー類似体活物質を用いる際に問題となる溶出については、有機 – 水共溶媒を使用することで抑制できた。
・結果として、プルシアンブルー類似体の正負極からなるナトリウムイオンフルセルは、1Cの放電速度で1000サイクル後にも、初期放電容量の95%を保持する。
<元記事>https://www.nature.com/articles/s41467-018-03257-1