ナトリウムの安定した陽極

ナトリウムイオン電池は、往復する際に大きなナトリウムイオンが電極を破壊するのを防ぐ方法が見出されれば、リチウムイオン電池の低コストの代替品となる可能性がある。

このような電池のナトリウムイオン陽極の可能性として、青島大学の材料科学者らは二酸化チタンと黒鉛を使用して、2,000サイクル後も変化しない安定した構造を作り出した。

同大学によると、「研究者らは、この電池が電流密度0.05A/gで228mAh/gの可逆比容量を示し、1A/gで2000サイクル後も100%の容量維持率を示した」としている。 「Na3V2(PO4)3 をカソードとして組み立てた完全なコイン電池は、220Wh/kg のエネルギー密度を実現しました。」

研究チームは原料として、「アナターゼ」として知られる TiO2 の一種を選択しました。その結晶構造は、二次元チャネルの存在により Na+ イオンに対して多孔質です。

しかし、青島大学のXiu Song Zhao教授によると、アナターゼは電子伝導性が悪く、イオンの拡散速度はもっと優れている可能性があるという。

ほとんどの電池電極構造に共通する答えは、高多孔質の導電性マトリックスに強固に保持された微細な粒子を使用して、材料の相対表面積を増やすことです。

この目的に対するZhaoのアプローチは、ゾルゲル化学を利用して、炭素で覆われた海綿状で熱的に安定なアナターゼを合成することであった。

ここでは熱安定性が重要です。温度によってアナターゼの結晶構造が変化し、ナトリウムイオンを蓄える能力が低い他の形態の TiO2 に変化する可能性があるからです。 青島チームは、そのアノード材料は750℃まで安定していると述べた。

「この研究により、電子伝導性とイオン拡散速度を改善するための特殊な構造を持つアナターゼが調製されました」とZhao氏は述べた。 それは「高性能の二酸化チタンベースのアノード材料を合成する方法と、アナターゼの貯蔵メカニズムを研究するためのアイデアを提供する。」

この研究は、Energy Materials Advances に掲載された「熱的に安定なアナターゼのナトリウムイオン貯蔵特性」に記載されています。