東京理科大学は2019年5月24日、マグネシウム二次電池のカソード候補となる岩塩型物質の合成に成功したと発表した。
マグネシウム二次電池はエネルギー密度が高くかつ毒性も低いことから、現在主流のリチウムイオン電池に代わる次世代の二次電池として期待されている。しかし、適切なカソード材料や電解質が見つからなかったため、これまで実用化が進まなかった。
今回、東京理科大学の井手本康教授などの研究グループは、新たにコバルト置換MgNiO2を合成し、マグネシウム二次電池のカソードとして有望な性質を示すことを発見した。
標準的な材料合成技術に加えて、「逆共沈法」を使用して、水溶液から新たな岩塩を抽出した。この岩塩の粉末試料に対して、中性子回析および放射光X線回析法を相補的に使用して構造解析と電子構造解析を実施。中性子またはX線を照射して生じる回析パターンから、特定の位置で強度に特徴的なピークが見られることを発見した。
また、マグネシウム二次電池向けのカソード材料に必要とされる可能性がある「充放電挙動」を示す岩塩型に関して、理論計算とシミュレーションを実施。その結果に基づき、エネルギー的に最も安定したMg、Ni、Coイオンの配列を決定した。
今回抽出した岩塩材料と、既知の参照極を用いた3極セルを使用して充放電試験を実施した結果、Mg組成とNi／Co比に基づいて、電池特性を制御できることが分かった。
これらの構造的および電気化学的測定によって明らかになった性質により、同材料がカソード材料として最適な組成であることが実証できたという。
今回の研究により、マグネシウム二次電池実用化に向けた障壁の1つが解消された可能性があり、同電池に関する今後の研究開発の進展が期待されるという。
