東京理科大学副学長の出本康教授率いるチームは、マグネシウム電池用の新しい正極材料を探していました。 当時、カソード材料としてバナジン酸マグネシウム (MgV) が選択され、それが改良され、最終的に新しいカソード材料である球スピネル構造材料が使用されました。 研究結果は今年1月、電気分析化学誌に掲載された。

研究によると、この研究の理由は、リチウム電池は他の種類の電池よりも全体的な性能が優れているものの、リチウム金属は他の金属よりもはるかに高価であり、単一のリチウム電池のエネルギー密度では自動車に電力を供給するのに十分ではないためです。 。 または耐久性の高いアプリケーション。 リチウム電池の機械的出力と過剰な化学的活動が組み合わさると、穴が開いたり高温にさらされたりすると、爆発や燃焼が起こりやすくなります。

この記事では、マグネシウムを使用する利点は、リチウム電池と比較して電極電位が低く、容量が大きいこと(2205 mAh/g、3832 mAh/cm3)であるとも述べています。 マグネシウムはリチウムのように安全性に影響を与えるデンドライト（樹枝状結晶）が成長せず、負極としても使用できます。 さらに、マグネシウムは表面に不動態化層として黒色の酸化マグネシウムの層があり、内部を継続的な酸化から保護し、燃焼の可能性を減らすことができるため、水と直接反応しません。

したがって、実験者は Mg1.33V1.67O4 系に焦点を当てましたが、バナジウム金属の代わりにマンガン金属の一部を使用して、新しいタイプのスピネル構造 Mg1.33V1.67-xMnxO4 (X 値 = 0.1 ~ 0.4) を取得しました。このシステムは高い理論容量 (295 ～ 293 mAh/g) を持っていますが、科学者は他の実用的な用途を理解するために、その構造、サイクル特性、およびカソードの性能についてさらに詳細に分析する必要があります。

研究者らはまず、X線回折（XRD）と吸収透過電子顕微鏡（STEM）を使用して、化合物の組成、結晶構造、電子分布、粒子形態を観察した。 X線回折パターン分析は、Mg1.33V1.67-xMnxO4が良好なオベライト構造を有し、その組成が非常に均一であることを示しています。

次に、研究者らは一連の電気化学測定を実行して、Mg1.33V1.67-xMnxO4 バッテリーの性能を評価しました。 その中で、単三電池とさまざまな電解質を使用して、さまざまな温度での Mg1.33V1.67-xMnxO4 の充放電特性をテストしました。

研究者らは、これらの正極材料が高い放電容量を有し、特に Mg1.33V1.57Mn0.1O4 の場合、放電サイクル数が大幅に変化することを観察しました。

実験者らは、金属マグネシウムを含むG4（テトラグリム）電解液を使用し、90℃でMg1.33V1.67-xMnxO4の充放電実験を行った。 X値が0.1の場合。 初期容量はわずか73mAh/gで、サイクル13で256mAh/gの最大放電容量を示します。さらに、X値が0.2の場合、初期容量は77mAh/gで、10°サイクルで215mAhを示します。 サイクル。 /g。

さまざまな周囲温度で合成されたサンプルのカソード性能を評価するために、実験者は金属マグネシウムを含む別の G3 (トリグライム) 電解質を使用して、25 °C と 40 °C の周囲温度でのサイクルを行った。金属マグネシウムの析出と溶解は依然として高度に可逆的であり、良好な充電および放電特性を示しています。

その理由を理解するために、実験者は .1O4 構造が最も安定であると考えました。 、容量の増加に役立ちます。

さらに、科学者たちは、バナジウムが充電および放電サイクル中に大幅な酸化を受けることを発見しました。 これにより、電荷補償のためにバナジウムを Mn 2+ に置き換えることができ、Mg1.33V1.57Mn0.1O4 の優れた充放電性能にも貢献します。

これに関して、出本康教授は東京理科大学編集チームに次のように語った。この材料電池は充放電性能が優れており、正極候補材料として優れています。

出本康教授はこの研究結果に満足している。 同氏は「将来の研究開発により、マグネシウム二次電池はエネルギー密度が高くなり、リチウム電池を超える可能性がある」と述べた。 同氏はまた、将来的にはマグネシウム電池が充電式電池に対する人々の需要を満たし、できるだけ早くリチウムに取って代わることを期待している。 ◇

責任編集者：Lian Shuhua#