下一代锌离子电池通过纳米技术实现高能量化

2024年8月20日

北海道大学东北大学

●开发安全且低价格的锌离子电池的正极材料。
●将锰氧化物材料极小纳米粒子化，制作与碳材料的复合材料。
●可实现与现行锂离子电池同等以上的高能量密度和高输出密度

概要

北海道大学研究生院理学研究院的小林弘明副教授、松井雅树教授、东北大学多元物质科学研究所的本间格教授、加利福尼亚大学洛杉矶分校博士后期课程的胜山涌斗、理查德·凯纳迪斯汀格伊什特专业人员等研究小组，成功实现了作为廉价安全的下一代蓄电池而备受瞩目的“水系锌离子电池”的高能量化、高输出化

现代社会不可缺少的锂离子电池作为大型蓄电池的需求正在扩大。但是，锂离子电池使用的是存在资源枯竭和资源偏在性问题的稀有金属，而且使用的是可燃性电解液，因此担心大型化时的成本和安全性风险。在目前正在进行研究开发的新一代蓄电池中，使用锌金属的电池是能够使用水系电解液的安全性高的低成本电池，近年来蓄电池化的研究在国内外进行。作为正极材料，锰氧化物作为有希望的材料正在进行研究开发，但至今为止的材料很难达到高能量密度

这次，我们将尖晶石型锌锰复合氧化物ZnMn₂O₄进行了极小的纳米粒子化，开发了负载在石墨烯上的复合正极材料。该材料进行了相当于迄今为止无法实现的2电子反应的充放电，每重量ZnMn₂O₄600Wh/kg显示出高能量密度。本材料的输出特性也很出色，根据今后的材料开发，可以构筑与现行锂离子电池具有同等以上能量密度的安全性高的蓄电池。根据本技术的进展，廉价且安全的大型蓄电池的普及被加速，对低碳化社会、全球变暖对策的贡献被期待

本研究成果刊登在2024年8月9日（周五）公开的Advanced Functional Materials杂志上

开发的极小纳米粒子和石墨烯的复合体正极材料