素人が新聞記事書いてみた

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東京大学、自己修復能力をもつ電極材料を発見、電池の長寿化へ

東京大学大学院工学系研究科の山田淳夫教授らの研究グループは、電力を蓄えることにより「自己修復能力」を持つ電極材料を発見した。電池の寿命の長寿化に繋がることが期待される。

 

電池は電極材料からイオンを脱離することにより電力貯蔵される。多くのイオンを電極材料から脱離すれば、それだけ多くの電力を貯蔵することができるが、構造が不安定化し、性能は低下する。つまり、充電を繰り返すと、電池の寿命は短くなっていく。

しかし、今回発見した電極材料は、充電により安定な構造に変化し、充電を行うごとに自己修復を繰り返すという。理論上、充電を繰り返しても電池の性能は落ちない。

 

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従来材料(上)と自己修復材料(下)を充電した時のイメージ図、原典:東京大学

 

研究チームが発見した自己修復材料は、ナトリウム含有層状酸化物「Na2MO3」(Mは遷移金属、今回はRu)という物質。

充電(ナトリウムイオンを脱離)すると、積層欠陥(構造の乱れ)が徐々に消失し、完全に充電すると全く構造の乱れがない状態まで自己修復したという。この自己修復は、充電と放電を繰り返した後にも生じた。

 

充電過程を放射光X回析で解析した結果、イオンが脱離した後に生じる空孔(くうこう)と、物質内部に残存するイオンとの間に、強いクーロン引力がはたらいていることがわかった。

空孔とイオンが互いに強く引き合うことで、乱れの無い構造へと変化し、自己修復されるのだという。

情報元:Coulombic self-ordering upon charging a large-capacity layered cathode material for rechargeable batteries | Nature Communications

 

同研究により、多くの電力を何度も蓄えることを可能とする「新たな仕組み」が実証された。自己修復材料で発生するクーロン引力を、他の電極材料でも発生させることができれば、電池の大幅な長寿命化が可能となる。

もちろん、実用化は容易ではない。

 

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