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【本学研究者情报】

〇多元物质科学研究所　讲师　小林弘明

【発表のポイント】

• レアメタルフリーかつ高容量なリチウムイオン电池正极材料を开発
• 鉄元素の使用によりサプライチェーンリスクを回避し低コスト化
• 鉄と酸素両方のレドックス反応^注１を活用
• 準安定相^注２を利用することで高容量が実现

【概要】

电気自动车（贰痴）やハイブリッド车（贬痴）に搭载されるリチウムイオン电池等の正极には、コバルトやニッケルなどのレアメタルが使用されています。蓄电池の世界市场が急拡大している中、レアメタルの产出国や精錬所は少数の国に偏在しているため、サプライチェーンリスクへの不安が増しています。资源リスク回避可能な正极材料として、安価な鉄を用いたリン酸鉄リチウム（尝颈贵别笔翱₄）が実用化されていますが、エネルギー密度^注３が低い问题があります。更なる高エネルギー需要の高まりにより、レアメタルフリーかつ高エネルギー密度の新しい正极材料开発が求められています。

逆蛍石型リチウム鉄酸化物（尝颈₅FeO₄）は、実用化している尝颈贵别笔翱₄正极で利用されている鉄のレドックス反応に加えて酸素のレドックス反応も利用することができます。理论上は尝颈贵别笔翱₄正极の2倍以上の容量を示すことが予测され、近年世界的に再注目されています。しかしこれまで酸素のレドックス反応を十分に活用できず、尝颈贵别笔翱₄正极とほぼ同じ容量しか利用することができませんでした。

东北大学多元物质科学研究所小林弘明讲师、本间格教授、名古屋工业大学大学院工学研究科中山将伸教授らの研究グループは、安価な鉄と酸素を用いた、レアメタルフリーかつ高エネルギーな新しいリチウムイオン电池正极材料の开発に成功しました。本研究では、メカニカルアロイング^注４を用い尝颈₅FeO₄を準安定化させることで、これまで十分に利用できなかった鉄と酸素のレドックス反応の両方の利用が可能となり、尝颈贵别笔翱₄正極に比べ約2倍の300 mAh/gを超える可逆容量を達成しました。サプライチェーンリスクを回避できる元素資源を用いてリチウムイオン電池の低コスト化と高エネルギー密度化が期待されます。

本成果は、2023年1月15日に米学術出版大手ワイリーの専門誌Advanced Energy Materials誌にオンライン掲載されました。

【用语解説】

注1.レドックス反応：
酸化還元反応のこと。還元（Reduction）反応と酸化（Oxidation）反応を略してレドックス (Redox)反応と呼ぶ。

注2.準安定相：
ある环境（例えば室温、大気中）において、不安定な状态でありながらも、その状态を长时间维持することができる相のこと。今回开発した準安定相は、数百度まで加热されなければ年単位でその相が维持される。

注3.エネルギー密度：
电池から取り出せるエネルギー量の単位体积または単位质量当りの値。前者は(奥丑/?)、后者は(奥丑/办驳)で表す。

注4.メカニカルアロイング：
复数の粉末や硬质ボールなどを机械的に衝突?混合させ、その衝突エネルギーを利用して合金や新材料を合成するプロセス。低温で処理することが可能であり、低温条件でしか得られない相を合成するプロセスとしても活用されている。

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）
东北大学多元物质科学研究所
讲师　小林　弘明　（こばやし　ひろあき）
电话　022-217-5816
贰-尘补颈濒　丑.办辞产补测补蝉丑颈*tohoku.ac.jp
（*を蔼に置き换えてください）

（报道に関すること）
东北大学多元物质科学研究所　
広报情报室
电话　022-217-5198
贰-尘补颈濒　press.tagen*grp.tohoku.ac.jp
（*を蔼に置き换えてください）