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KAIST、ナトリウム基盤の二次電池負極素材を開発

携帯電話、電気自動車などの原価節減に期待


大徳所在のKAIST(シン・ソンチョル総長)は新素材工学科のユク・チョンミン教授とイ・ジョンヨン名誉教授共同研究チームがリチウム基盤の二次電池の負極材料に比べて安価で寿命の長いナトリウム基盤のイオン電池用負極素材を開発したと3月8日に発表した。既存の二次電池負極材料に比べて寿命は1.5倍長く、約40%価格が安いナトリウムイオン電池用の負極素材はナトリウムイオン電池の商用化に役立つものと期待される。

現在リチウムイオン電池は携帯電話、電気自動車などに使用されている。だがリチウムは埋蔵地域が限られており需要の急増により供給量が不足しつつある。2015年に比べて現在リチウムの価格は3倍以上上昇した。こうした問題を解決するためにリチウムイオン電池の代案としてナトリウムイオン電池が注目されている。リチウムが地球地表面に0.005%存在する反面、ナトリウムはその500倍以上である2.6%存在しており供給の問題が解決できる。

ナトリウムイオン電池は既存のリチウムイオン電池に比べて40%低廉な価格で同じ容量のエネルギーを貯蔵できる。リチウムイオン電池の負極材料である黒鉛はナトリウムの貯蔵に適していない。黒鉛の層の間にリチウムイオンが挿入され貯蔵がなされるがナトリウムイオンを貯蔵するには黒鉛層間の距離が非常に狭いため。こうした理由でナトリウムイオン電池の商用化にはこれに適した負極素材を開発することが必須といえる。

研究チームは黒鉛の代案をナノ板状の構造をもつ硫化銅に求めた。硫化銅は高い電気伝導度と理論容量をもつ。また硫化銅にナトリウムが貯蔵される過程を原子単位でリアルタイムで分析した結果、硫化銅の結晶構造が流動的に変化し安定的にナトリウムイオンを貯蔵することが確認された。

その結果、硫化銅のナトリウム貯蔵性能が黒鉛の理論容量(~370mAh/g)の1.5倍(~560mAh/g)に達することを確認した。充放電を250回反復した後にも理論容量の90%以上が維持されることが分かった。

ナトリウムイオン電池が商用化されれば地球表面の約70%を占める海に多量に存在するナトリウムを活用できる。バッテリーの原価節減につながり、携帯電話、電気自動車、ノートパソコンなどの単価を約30%程度下げることができるものと期待される。

研究結果は『Nature Communications』電子版に3月2日付で掲載された。





[2018-03-12]

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