リチウムイオン電池へのマンガン材料の応用

アメリカの研究者たちは、従来のコバルトやニッケルの代わりにマンガンを負極材料として使用するリチウムイオン電池を作成しました。この作業は、これらのますます高価で限られたリソースに代わる安価で豊富な代替手段を提供し、リチウムイオンエネルギー貯蔵の急速に増大する需要を満たす方法を提供します。

ほとんどのリチウムイオン電池のアノード材料は、構造を層状にして秩序を保つ傾向があるため、コバルトまたはニッケルに依存しています。しかし、2014年に、GerbrandCederが率いるマサチューセッツ工科大学（MIT）のチームは、構造が乱れたリチウムイオン電池は、リチウムが豊富である限り、新しい電池を試すことができ、おそらくより優れていることを示しました。 、 材料。 。

カリフォルニア大学とローレンスバークレー国立研究所のCederらは、マンガンベースのアノードが無秩序なリチウムイオン電池を開発し、コバルトやニッケルよりも多くのエネルギーを蓄えることができることを示しました。マサチューセッツ工科大学の筆頭著者であるイ・ジニョク氏は、「私たちの考えは、負極を作ることができ、層間剥離を気にしないのであれば、より広い範囲の金属を使用できるということです」と述べています。 「マンガンは最も安価な金属の1つであるため、購入することにしました。」

マンガンは、従来の段付きリチウムイオン電池のアノードに使用されてきましたが、安定した金属として、電子ストレージはほとんど含まれていません。最近、負電極を無秩序なマンガンおよび他の金属酸化物で完全に作る試みは、充電中にリチウムイオンが負電極からリチウムベースのアノードに移動すると不安定になり、過剰な酸化還元活性および容量の損失のために制限されている。

この活動を減らし、大容量の酸化マンガンアノードを取得するために、Cederのチームは、マンガンを2つの電子に交換する方法を見つけました。これは、1つではなく大容量のニッケルベースのアノードで行われました。これには、マンガンカチオンの一部を高原子価のセリウムおよびチタンイオンと交換しながら、一部のオキシアニオンを低原子価のフッ化物アニオンで置き換えることにより、マンガンの原子価をMn2 +に下げることが含まれます。これは、マンガンイオンがMn2 +からMn4 +への二重酸化還元反応を起こし、ほとんどのリチウムイオンが不安定になることなく負極から正極に移動できることを意味します。

「私たちの実験室規模の[バッテリーサイクルテスト]の結果は、私たちの負極が既存の負極（600-700Wh / kg）よりも高いエネルギー密度（1000Wh / kg）を持っていることを示しています」とCederは言いました。 「しかし、私たちのデータはまだ商業規模に達していないので、私たちの材料はさらにテストされ、最適化されるべきです。」

「実際のアプリケーションではサイクルの安定性をさらに改善する必要がありますが、報告された戦略には大きな期待が寄せられており、さまざまな高価格の陽イオンについて広範囲に調査できます」と、ジョージア工科大学のエネルギーストアを調査したGlebYushinはコメントしました。 「バッテリー電圧を非常に低いレベルに下げる必要があると、報告されている技術が電子機器に適用されるのに障害が生じる可能性がありますが、これは自動車用途にとって大きな問題ではありません。」

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