■概要

　生命科学部の折笠有基准教授らは、総合科学技術研究機構SRセンター(*1)を用いた放射光X線解析により、国立研究開発法人産業技術総合研究所 電池技術研究部門 次世代蓄電池研究グループ（以下、産総研）の鹿野昌弘研究グループ長、マセセ・タイタス研究員、Nanjing University of Posts and TelecommunicationsのHuang, Zhen-Dong准教授らと共同で、次世代蓄電池のカリウムイオン電池材料を開発しました。
　現在、スマートフォンやノートパソコンで使用される携帯用二次電池はリチウムイオン電池(*2)ですが、より安く、高性能な次世代電池の開発が必要です。カリウムイオン電池(*3)は、希少なリチウムと比較して、資源的に豊富で低コストが期待されるカリウムを用いる利点がありますが、カリウムイオンを蓄える電極材料の開発が課題でした。今回、産総研の研究グループで開発された層状酸化物系カリウムイオン電池正極材料を、SRセンターの放射光を用いたX線吸収分光法(*4)により解析し、優れた性能を示す原因を明らかにしました。カリウムイオン電池の実用化には、数多くの課題がありますが、今回の開発成果は、リチウムイオン電池に匹敵する性能を有する結果として大きな可能性を示したものであります。
　なお、この成果は、Nature Communicationsに2018年9月20日版にオンライン掲載されます。

■研究のポイント

• SRセンターを活用して、リチウムイオン電池用正極材料に匹敵する電圧を有するカリウムイオン電池材料の性能発現機構を解明
• 低コスト二次電池の開発へ向けた指針を提示

【用語の説明】

(*1) SRセンター
日本の私立大学で唯一、大学が所有する放射光施設で滋賀県草津市の立命館大学びわこ・くさつキャンパス内にある。国立研究開発法人理化学研究所が運営する世界最高性能の放射光施設であるSPring-8が、周長1436メートルであるのに対し、SRセンターは3.14メートルの小型放射光施設である。この特徴を生かして、学術界、産業界における電池分野のユーザーが頻繁に利用しているだけでなく、学内附置の施設として学部生の実験カリキュラムでも使用されている。

(*2) リチウムイオン電池
貯め込むエネルギー量が大きく、携帯機器の中心的な電源として利用されている充電が可能な電池。近年ではハイブリッド自動車、電気自動車、旅客機へ搭載されている。リチウムイオンが動くことで反応が進行する。使用用途の拡大に伴い、低コスト化が強く求められている。

(*3) カリウムイオン電池
希少資源のリチウムをより、低コストなカリウムに置き換えた次世代二次電池候補の一つ。構成する電極材料の開発が大きな課題であり、本研究の主要な課題として取り組まれた。

(*4) X線吸収分光法
レントゲンで用いられるX線を、エネルギーを変えながら試料に照射し、試料の吸収率を観察することにより、物質内原子の電子状態や、結合などの局所構造に関する情報を得る解析手法。SRセンターでは、低エネルギーのX線を利用することにより、炭素や酸素等の軽元素の解析に利用された。

【論文題目】

Rechargeable potassium-ion batteries with honeycomb-layered tellurates as high voltage cathodes and fast potassium-ion conductors
雑誌: Nature Communications
DOI: 10.1038/s41467-018-06343-6