MnO2の各多形のもともとの構造安定性およびMg挿入にともなう各型の構造変化
東北大学およびヘルムホルツ研究所カールスルーエ工科大学による共同研究グループは23日、マグネシウム蓄電池実現につながる二酸化マンガン結晶多形の特性を発見した。
ポストリチウムイオン電池として、資源的により豊富で安価な元素を使った多価イオンを利用した蓄電池の開発が進められている。中でも、二酸化マンガンを正極活物質として用いたマグネシウム蓄電池の開発も検討されてきた。しかし、マグネシウムイオンの拡散律速によって、二酸化マンガンが本来持つイオンの挿入脱離特性や、母構造が維持できるかどうかは分かっていなかった。
研究では、α、β、γ、δ、λ型構造を有する5種類の二酸化マンガン結晶多形を用意。昇温下(150℃)で電気化学的マグネシウムイオン挿入を行ない、二酸化マンガン粒子全体にできる限り均一に浸透させた。
その結果、マグネシウムイオンを挿入したすべての多形が、母構造によらずスピネル型や岩塩型構造に相変態する傾向が確認できた。また、αおよびλ型構造では、構造的な安定性を比較的保ちつつ、マグネシウムイオンの離脱や挿入が可能なことも分かった。
研究グループでは、マグネシウム蓄電池正極として二酸化マンガン多形が適用できる可能性が実証できたとしており、母構造の安定化などの課題はあるものの、同正極の開発推進が期待されるとしている。
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