2020/6/1 ｱﾒﾘｶ合衆国・ワシントン州立大学(WSU)
・ WSU とパシフィック・ノースウェスト国立研究所(PNNL)が、リチウムイオン電池に近づくエネルギー容量と性能を提供するナトリウムイオン電池を開発。
・ 携帯電話、ラップトップコンピュータや EV 等のあらゆるアプリケーションで利用されているリチウムイオン電池では、希少で高価なコバルトやリチウムを使用。それらの大部分を米国外からの輸入に頼っている。EV や電力系統用エネルギー貯蔵の需要が高まる中、これらの材料は入手困難となっており、価格高騰も懸念される。
・ 海洋や地殻より得られる安価でサステナブルなナトリウムを使用したナトリウムイオン電池は大規模エネルギー貯蔵に最適とされるが、エネルギー容量と充電が課題。同電池のカソード表面に蓄積する不活性のナトリウム結晶層により、ナトリウムイオンの移動が妨げられ、最終的に電池機能が失われる。
・ 今回新たに作製した層状の金属酸化物カソードと、余剰のナトリウムイオンを含む液体電解質がナトリウムイオンの継続的な移動を促進し、カソード表面の結晶の蓄積を回避する。1,000 サイクル後、エネルギー容量 80%超を維持した。
・ 本研究結果は、実用的なナトリウムイオン電池の実現の可能性を提供し、今回得られたカソードと電解質間の相互作用に関する基礎的な知見は、ナトリウムイオン電池や他種電池用のコバルトフリーまたは低コバルトカソードの開発に役立つもの。リチウムとコバルトを代替する材料が発見できれば、リチウムイオン電池に真に競合するナトリウムイオン電池の開発が見込めると考える。
・ 今後の課題は、電解質とカソード間の相互作用をさらに深く理解し、様々な材料の研究で電池設計を改善すること。また、コバルトをはじめ高価で希少な金属を使用しない電池を開発する。
URL: https://news.wsu.edu/2020/06/01/researchers-develop-viable-sodium-battery/
＜NDO海外技術情報より＞
（関連情報)
ACS Energy Letters 掲載論文(アブストラクトのみ：全文は有料）
Controlling Surface Phase Transition and Chemical Reactivity of O3-Layered Metal Oxide Cathodes
for High-Performance Na-Ion Batteries
URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c00700
Abstract
O3-layered metal oxides are promising cathode materials for high-energy Na-ion batteries (SIBs); however, they suffer from fast capacity fade. Here, we develop a high-performance O3-NaNi0.68Mn0.22Co0.10O2 cathode for SIBs toward practical applications by suppressing the formation of a rock salt layer at the cathode surface with an advanced electrolyte. The cathode can deliver a high specific capacity of ∼196 mAh g–1 and demonstrates >80% capacity retention over 1000 cycles. NaNi0.68Mn0.22Co0.10O2–hard carbon full-cells with practical loading (>2.5 mAh cm–2) and lean electrolyte (∼40 μL) demonstrate ∼82% capacity retention after 450 cycles. A 60 mAh single-layer pouch cell has also been fabricated and demonstrated stable performance. This work represents a significant leap in SIB development and brings new insights to the development of advanced layered metal oxide cathodes for alkaline-ion batteries.
