东京大学 钠离子电池 下一代电池的原型完成 ～向实现脱稀少元素～.pdfVIP

次世代電池のプロトタイプが完成 ～脱希少元素を実現へ～ １．発表者 山田淳夫（東京大学 大学院工学系研究科化学システム工学専攻 教授） 大久保將史（東京大学 大学院工学系研究科化学システム工学専攻 准教授） 王憲芬 （東京大学 大学院工学系研究科化学システム工学専攻 特任研究員） 梶山智司（東京大学 大学院工学系研究科化学システム工学専攻 特任研究員） 飯沼広基（東京大学 工学部 化学システム工学科 学部生） 森口勇（長崎大学 大学院工学研究科 教授） 小路慎二 （長崎大学 大学院工学研究科 大学院生） ２．発表のポイント ・リチウムなどの希少元素を使用しない次世代電池の候補であるナトリウムイオン電池 （注１）のマイナス極を開発した。 ・急速充電、急速放電が可能なマイナス極の実現により、既知のプラス極と組み合わせ たナトリウムイオン電池のプロトタイプを完成した。 ・本プロトタイプの完成により、電気自動車などの大型機器への汎用性を備えた低コス ト電池の実現が可能となり、電池分野における特定国への資源依存を解消できる。 ３．発表概要 現在広く普及しているリチウムイオン電池 （注２）は希少元素であるリチウムやコバ ルトを使用しており、さらなる低コスト化、特定資源産出国への依存脱却のために、リ チウムをナトリウムに置換したナトリウムイオン電池の実現が急がれている。 ナトリウムイオン電池を実現するためには、ナトリウムイオンを吸蔵・放出する化合 物の対 （プラス極とマイナス極（注３））が必要であり、特に、高性能なマイナス極の 開発により、ナトリウムイオン電池をシステムとして完成することが求められていた。 東京大学大学院工学系研究科化学システム工学専攻の山田淳夫教授、大久保將史准教 授のグループは、長崎大学大学院工学研究科の森口勇教授らとの共同研究により、チタ ンと炭素から構成されるシート状の化合物が多量のナトリウムイオンを吸蔵・放出する ことを発見した （図１）。この化合物をマイナス極として、既知のプラス極と組み合わ せたナトリウムイオン電池のプロトタイプを作製したところ、急速充電、長時間の電流 供給、充放電を繰り返しても劣化しない安定性などの、次世代電池に必要な性能を満た すことを確認した （図２）。 なお、本研究成果の一部は、文部科学省元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞「京 都大学 触媒・電池元素戦略研究拠点ユニット」（研究代表者：田中康裕 京都大学大 学院工学研究科教授）による支援を受けて行われた。 ４．発表内容 ①発表の背景・先行研究における問題点 ノートパソコンやスマートホンなどの小型携帯機器に使用されているリチウムイオ ン電池は、近年の脱原発や省エネルギー化への社会的要請から、更なる低コスト化によ り、電気自動車などの普及を後押しすることが求められている。しかし、リチウムイオ ン電池は希少元素であるリチウムやコバルトを使用しており、本質的に大幅な低コスト 化は難しい。また、特定の希少元素産出国に依存するため、需給バランスに関して国家 間の紛争等によるリスクが大きい。そこで、希少なリチウムを使用しないナトリウムイ オン電池の開発が盛んに行われている。 ナトリウムイオン電池を実現するためには、電流を流すために化合物の対（プラス極、 マイナス極）が必要となり、それぞれ共にナトリウムイオンを可逆的に吸蔵・放出する 特性が求められる。プラス極については、これまでの研究からナトリウムイオンを可逆 的に吸蔵・放出できる化合物が多数報告されている。一方、マイナス極については、急 速充電、長時間の電流供給、充放電の繰り返しに対する安定性などの条件を満たす化合 物が見つかっておらず、ナトリウムイオン電池のプロトタイプを作製するための障害と なっていた。 ②研究内容 東京大学大学院工学系研究科化学システム工学専攻の山田淳夫教授、大久保將史准教 授、長崎大学大学院工学研究科の森口勇教授らのグループは、ナトリウムイオン電池を システムとして完成させるための鍵となるマイナス極を開発した。具体的には、東京大 学と長崎大学が共同で合成したチタンと炭素から構成されるシート状の化合物を、東京 大学においてナトリウムイオン電池のマイナス極として応用した。このシート状の化合 物は多量のナトリウムイオンを吸蔵・放出する特性を示し （図１）、ナトリウムイオン 電池の長時間の電流供給を可能とするマイナス極であることが分かった。また、シート 構造