日本の東京理科大学副学長、出本康教授率いるチームは、マグネシウム電池用の新しい正極材料を探していました。 当時、正極材料としてバナジン酸マグネシウム（MgV）が選択されていましたが、それを改良し、最終的に新しい正極材料であるオーブスピネル構造材料を採用しました。 研究結果は今年1月、電気分析化学誌に掲載された。

論文によると、この研究の理由は、リチウム電池は他の種類の電池よりも全体的な性能が優れているものの、リチウム金属は他の金属よりもはるかに高価であり、単一電池リチウムのエネルギー密度では自動車に電力を供給するには不十分であるためです。 または重いアプリケーション。 機械的出力とリチウム電池の過剰な化学的活性により、穴が開いたり、高温にさらされたりすると、爆発や燃焼が発生する可能性があります。

この論文では、マグネシウムを使用する利点は、リチウム電池よりも電極電位が低く、容量が大きいこと (2205 mAh/g、3832 mAh/cm3) についても言及しています。 マグネシウムはリチウムのように安全性に影響を与えるデンドライト（樹枝状結晶）を生成せず、負極としても使用できます。 さらに、マグネシウムは表面に不動態化層として黒色の酸化マグネシウムの層があり、内部を継続的な酸化から保護し、燃焼の可能性を減らすことができるため、水と直接反応しません。

したがって、実験者は Mg1.33V1.67O4 系に焦点を当てましたが、金属バナジウムの代わりに金属マンガンの一部を使用して、新しいタイプのスピネル構造 Mg1.33V1.67-xMnxO4 (X 値 = 0.1 ～ 0.4) を取得しました。 。 このシステムは高い理論容量 (295~293 mAh/g) を持っていますが、科学者は他の実用的な用途を理解するためにその構造、サイクル特性、およびカソードの性能をさらに分析する必要があります。

研究者らはまず、X線回折（XRD）と吸収透過電子顕微鏡（STEM）を使用して、化合物の組成、結晶構造、電子分布、粒子形態を観察した。 X線回折パターン分析は、Mg1.33V1.67-xMnxO4が良好なオベライト構造を有し、その組成が非常に均一であることを示しています。

次に研究者らは、Mg1.33V1.67-xMnxO4 の電池性能を評価するために一連の電気化学測定を実施しました。 その中で、単三電池とさまざまな電解質を使用して、さまざまな温度での Mg1.33V1.67-xMnxO4 の充放電特性をテストしました。

研究者らは、これらの正極材料が高い放電容量を有し、特に Mg1.33V1.57Mn0.1O4 の場合、放電サイクル数が大幅に変化することを観察しました。

実験者らは、金属マグネシウムを含むG4（テトラグリム）電解液を使用し、90℃でMg1.33V1.67-xMnxO4の充放電実験を行った。 X値が0.1の場合。 初期容量はわずか 73 mAh/g ですが、13 サイクル目で最大 256 mAh/g の放電容量を示します。 また、X値が0.2の場合、初期容量は77mAh/gで、10サイクル目で215mAhと表示されます。 サイクル/g

さまざまな周囲温度で合成されたサンプルの陰極性能を評価するために、実験者は金属マグネシウムを含む別の電解質 G3 (トリグライム) を使用し、周囲温度 25 °C と 40 °C でのサイクルを行いました。マグネシウム金属の析出と溶解は常に高度に可逆的であり、良好な充電および放電特性を示していることがわかりました。

その理由を理解するために、実験者はXRDを使用して材料の結晶構造の変化を分析したところ、Mnは16d位置（電子d軌道）で最も小さな格子歪みを示し、結晶がMg1.33V1.57Mn0.1O4の最も安定な構造であることがわかりました。 、容量の増加に役立ちます。

さらに、科学者はバナジウムが充電および放電サイクル中に大幅な酸化を受けることを発見しました。 これにより、電荷補償のためにバナジウムを Mn 2+ に置き換えることができ、Mg1.33V1.57Mn0.1O4 の優れた充放電性能にも貢献します。

これに関して、出本康教授は東京理科大学編集部に次のように語った。 「これは他のマグネシウムよりも優れています。この電池材料は充放電性能が優れており、正極の材料候補として最適です。」

出本康教授はこの研究結果に満足している。 同氏は、「将​​来の研究開発により、マグネシウム二次電池はより高いエネルギー密度を持ち、リチウム電池を上回る性能を発揮する可能性がある」と述べた。 » 同氏はまた、将来的にはマグネシウム電池が充電式電池に対する人々の需要を満たし、できるだけ早くリチウムに取って代わることを期待している。 ◇

編集長: リアン・シュファ#