伊藤教授ら、多孔質グラフェンを用いた高性能全固体マグネシウム空気二次電池を開発

大きな電力を繰り返し供給できる二次電池は、カーボンニュートラル社会を支える重要な技術とされています。一方で、実用的な電気容量と電解液漏れを起こさない利便性および安全性の両立が求められています。近年登場した金属空気二次電池は、正極活物質を外気から取り込むため、予め活物質を電池内部に充填する必要がなく、従来のリチウムイオン電池などと比較して小型化もしくは大容量化が選択できるという利点を持ちます。しかし、世界的な電池材料の高騰に伴い、二次電池の主要材料であるレアメタル（リチウム）や貴金属（白金）の入手が困難になりつつあります。

　リチウムの代替負極材料として、リチウムと同等の負極性能を持ち、低コストで膨大な埋蔵量を持つマグネシウムが期待されています。しかし、マグネシウム空気二次電池は、電解質に含まれる塩素イオンにより正極が塩化され、失活してしまうことから、リチウムや亜鉛などを用いたものと比べて研究が遅れているのが現状です。そこで本研究では、塩化に対して強い耐性を持ち、かつ触媒能力がある窒素ドープグラフェン（炭素原子が六角形状に連なったシート状物質）を用いた高性能正極の開発、および、電池具材の全固体化による安全性とフレキシブル性を両立する電池技術を検討しました。

　伊藤教授らは、貴金属を使用しないグラフェン正極として、化学気相蒸着（CVD）法を用いて、多孔質金属表面上にグラフェンを成⻑させた後、母体となった多孔質金属を酸で溶解させ、多孔質構造を持つ窒素ドープグラフェンを作製しました。電子顕微鏡などを用いて、このグラフェンが中空多孔質形状を持つことを確認した後、このグラフェンを空気極、市販のマグネシウム板を負極とし、高分子ポリマーであるポリPVDF-HFPに Mg(TFSI)2と塩化マグネシウムを染みこませた固体電解質を用いて、全固体マグネシウム空気二次電池を作製しました。

　本研究により、貴金属を使用しない炭素電極を用いることで空気極の塩化問題を克服し、これまで難しかったとされる充放電可能なマグネシウム空気二次電池の開発に成功し、レアメタルと貴金属が不要な二次電池の低コスト化の可能性が示されました。全固体金属空気電池は、その技術的難易度の高さから、進展しにくい研究分野ですが、今後も、リチウム系電池に代わる新しい電池の選択肢として、貴金属を使用しない高性能全固体金属空気二次電池の開発を進めていく予定です。

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