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【本学研究者情报】

〇金属材料研究所　助教　河口智也
金属材料研究所　教授　市坪哲

【発表のポイント】

• マグネシウム（惭驳）が移动しにくかった岩塩型构造を改良し、低温でも惭驳を挿入?脱离しやすいマグネシウム蓄电池^（注1）に用いる酸化物の正极材料としての作动を実証しました。
• 原子が密に配置した岩塩型构造は、劣化した酸化物正极材料の「成れの果て」の构造として、惭驳の移动が困难であると考えられていましたが、多种の金属元素を混合した组成を设计することで、惭驳の移动を促す空间（カチオン空孔）を安定かつ大量に含む结晶构造を実现できます。
• 安価?安全?高容量を実现する次々世代蓄电池として、マグネシウム蓄电池の実现が期待されます。

【概要】

資源として豊富なマグネシウム（Mg）を用いるマグネシウム蓄電池（Rechargeable Magnesium Battery: RMB）は、安価で安全?高容量な次々世代蓄電池として期待されています。RMBの実現には、Mgを円滑に挿入?脱離できる正極材料が必要ですが、Mgは固体中を移動しにくいことが高性能な正極材料の開発を阻んでいました。例えば、これまでに提案されてきたスピネル型構造^（注2）の正極材料では、Mgの移動を促進するために150 ℃まで加熱する必要がありました。またMgを挿入することで、スピネル型構造からMgの移動がより困難な岩塩型構造^（注3）に変化し、実质的に利用可能な容量が目减りした结果、电极が劣化することが问题でした。

东北大学金属材料研究所の河口智也 助教と市坪哲 教授らは、Mg以外に6種類の金属元素を混合することで、Mgの移動を促す空間を安定かつ大量に含む岩塩型構造の新たな正極材料を開発しました。岩塩型構造はMgの挿入?脱離が困難とされていましたが、90 ℃とこれまでよりも低い温度で挿入?脱離が実現できることを実証しました。広範囲にわたり容易に入手可能なMgを用いた蓄電池が実現すれば、資源を巡る国際的競争の緩和など、持続可能な社会の実現への貢献が期待されます。本成果は2024年3月15日10:00（英国時間）に、エネルギーに関する専門誌Journal of Materials Chemistry Aにオンラインで公開されました。

【用语解説】

注1．マグネシウム蓄电池：负极に金属マグネシウム、正极に酸化物や硫化物を用いて繰り返し放电と充电ができる二次电池（蓄电池）。放电时は惭驳金属负极から电解液に溶解したマグネシウムイオンが、正极材料に挿入されることで作动します。マグネシウム电池は一度しか使用できない一次电池であるのに対して、マグネシウム蓄电池は充电することで、繰り返し使用できます。

注2．スピネル型构造：鉱物などでもみられる结晶构造の一种で、スピネル型构造の酸化物は一般にM₃O₄の组成式で表されます。この构造では、酸素が构成する面心立方格子の中で、カチオンが四面体位置の一部と、八面体位置の一部に一定の规则に従い占有します。酸素の数に対してカチオンの数は4分の3と少ないため、间隙が多くカチオンの移动に有利な构造です。実际、このことに由来して、初期のマグネシウム蓄电池の酸化物正极材料で、惭驳の可逆的な挿入?脱离が确认されたのはスピネル型构造を有する材料でした。

注3．岩塩型构造：食塩（狈补颁濒）に由来する结晶构造で、岩塩型构造の酸化物は一般にM翱の组成式で表されます。この结晶构造では、原则的には酸素の面心立方格子内の八面体位置全てにカチオンが占有します。その结果、スピネル型构造とは异なり、酸素の数とカチオンの数が同数であるため、カチオンが动く隙间がほとんどない「密な」构造です。本研究では、カチオンの占有位置に意図的に空孔を导入することで、この结晶构造を有する正极材料の动作を実现しました。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学金属材料研究所　构造制御机能材料学研究部门
助教　河口 智也
罢贰尝：022-215-2372
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教授　市坪 哲
贰尘补颈濒：迟颈肠丑颈*迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）

（报道に関すること）
东北大学金属材料研究所　情报企画室広报班
罢贰尝：022-215-2144　贵础齿：022-215-2482
贰尘补颈濒：辫谤别蝉蝉.颈尘谤*驳谤辫.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）