レアアースや白金を使わない全固体の充放電可能な二次電池ができれば、すばらしい。
鋳造の製造の現場でも、機器に電源不要で計測結果をネットで報告する計測機器ができたらありがたい。
照明器具も、昼間の充電で夜間照明につかえるだろう。泥棒よけの夜間監視装置にもなる。
現在、レアアースが中国が世界生産の９割と独占的に生産し、政治的道具として使われていることからの脱却と、省資源の両面から期待されている。
開発競争が、世界的に行われており日本も有力な開発を進める必要がある。
既に中国は、太陽光パネルや風力発電では世界制覇したが、この分野でも研究加速しているという。
現在のリチウムイオン電池は、レアメタルの「リチウム・コバルト・ニッケル・マンガン」を利用している。
日本では、高市政権誕生で国としても重要分野として、開発に注力するものとみられる。
関連研究紹介記事がネットで掲載されたので引用して紹介する。
電池開発研究、筑波大学が公開。
https://www.tsukuba.ac.jp/journal/technology-materials/20260216141500.html
記事内容
入手が容易で安価なマグネシウム金属（負極）と多孔質グラフェン（正極）を組み合わせ、さらに塩化マグネシウムを含む電解液を固体化することで、液漏れを防ぐとともに塩化に強い耐性を持つ、高性能かつ繰り返し使用可能な全固体マグネシウム空気二次電池を開発しました。
大容量で繰り返し充放電可能な二次電池は、電気自動車などの電化技術の中核になると期待されています。しかし、リチウムや白金などの高価な金属が使用されており、これらに代わる材料の探索が求められています。
一方、マグネシウム空気二次電池は、炭素材料を正極、マグネシウムを負極、塩化マグネシウム含有した電解質とし、正極活物質の酸素を大気中から取り込むことで動作するため、安価に大容量電池を構成することができます。その理論的な性能はリチウム空気二次電池と同程度と考えられていますが、塩素イオンを含有するため、内部で塩化が起こり性能が低下するという課題があります。
本研究では、塩化に強い耐性を持つ正極として、窒素元素を化学ドープした多孔質グラフェンを開発し、負極に市販のマグネシウム、電解質に塩化マグネシウムを浸み込ませた市販ポリマーゲルを用いた、全固体マグネシウム空気二次電池を作製しました。この電池は白金系電極を正極に使用した場合よりも高い性能を示しました。その理由として、塩化による劣化がほぼ起こらずグラフェンが正極として正常に機能し、また、グラフェンの多孔質構造が放電物質の貯蔵と反応物質の輸送を円滑にしたことが考えられます。さらに、電池具材を全固体化したことで、120度折り曲げた状態でも電解液漏れを起こさず初期性能を維持し、安全性やフレキシブル性が大きく向上しました。
本成果は、二次電池の用途拡大や資源リスク分散に資する他、リチウム系二次電池以外の新たな選択肢を提示するものと期待されます。
論文が、化学工学ジャーナルで公開されている
自立型Nドープ3Dナノポーラスグラフェンを使用した強化充電式固体MgO2電池
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894726015354?via%3Dihub
課題は、電解質にMgCl2などを利用で塩素による腐食対策のようだ。
液漏れせず、安価で高性能な全固体マグネシウム空気二次電池。筑波大
劉 尭 https://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/2086804.html
2026年2月18日 12:08
筑波大学は2月16日、安価なマグネシウム金属を負極、多孔質グラフェンを正極に採用し、電解液を固体化することで液漏れしない全固体マグネシウム空気二次電池を開発したと発表した。
マグネシウム空気二次電池は、炭素材料を正極、マグネシウムを負極、塩化マグネシウムを電解質とし、正極活物質の酸素を大気中から取り込むことで動作する電池。具体的には、安価で大容量電池を構成でき、理論的な性能はリチウム空気二次電池と同程度と考えられているが、塩素イオンを含有するため、内部で塩化が起こり、性能が低下するという課題があった。
今回の研究では、塩化に強い耐性を持つ正極として、窒素元素を化学ドープした多孔質グラフェンを開発。具体的には、化学気相蒸着(CVD)法を用いて多孔質金属表面上にグラフェンを成長させた後、母体となった多孔質金属を酸で溶解させ、多孔質構造を持つ窒素ドープグラフェンとなっている。一方、負極には市販のマグネシウム、電解質には塩化マグネシウムを染み込ませた市販ポリマーゲルを用いた。
今回開発した電池
こうして製作した全固体マグネシウム空気二次電池を評価したところ、白金系電極を正極に使用した場合よりも高い性能を示した。充放電メカニズムを、透過型電子顕微鏡で調べると、半分放電時では、グラフェン膜上にフィルム状の放電物質が確認され、それが完全放電時では、チューブ構造の中にまで放電物質が詰まり、チューブの直径も肥大化することで大きな電気容量を得られることが示された。
一方、完全充電すると、放電物質がない初期グラフェン状態に戻ったことが確認でき、劣化しにくく長寿命につながることも確認できた。このほか、電池を折り曲げても液漏れせず、どの角度に曲げても、その後戻しても初期とほぼ同等の充放電性能を示したという。
今回の研究結果は、レアメタルと貴金属が不要な二次電池の低コスト化の可能性が示されたとしており、今後も引き続き開発を進めていくとしている。
