β-MnO2 nanorods with exposed tunnel structures as high-performance cathode materials for sodium-ion batteries

2013年11月15日 NPG Asia Materials 5, e11 (2013) doi:10.1038/am.2013.56


ナトリウムイオン電池は、リチウムイオン電池に代わる電力貯蔵・変換用電池として有望な候補である。ナトリウムはリチウムより資源量が豊富なため、これを用いた充電池では価格の低下が実現すると期待されている。しかし、この低価格化というメリットには、エネルギー密度の低下とサイクル特性の劣化が伴うことから、研究者たちは適当な電極材料の探索に重点的に取り組んできた。そんな中、Guoxiu Wangを中心とするオーストラリアと韓国の国際共同研究チームはこのたび、露出トンネル構造を持つ高性能カソード材料の作製に成功した。β-MnO2という結晶形の二酸化マンガンナノロッドは、ナトリウムイオンの貯蔵や輸送に好都合なトンネル構造を持つため、魅力的なカソード構成材料となる。Wangらは、前駆体化学物質を水溶液中で加熱する水熱合成法で、特定の結晶面、すなわち(111)面が露出したβ-MnO2ナノロッドを作製した。これらのナノロッドをナトリウムイオン電池のカソードとして用いたところ、ナトリウムイオンが出入りしやすいことに加え、初期ナトリウム貯蔵容量が高いことが確認された。

Dawei Su, Hyo-Jun Ahn & Guoxiu Wang

Sodium-ion batteries: Tunnel structures
Sodium-ion batteries are promising alternatives to their lithium-ion counterparts for stationary energy storage and conversion. Sodium is more abundant than lithium, resulting in cheaper rechargeable batteries. However, this gain is coupled to lower densities and cyclabilities, leading researchers to focus on finding appropriate materials for electrodes. Guoxiu Wang and co-workers from Australia and South Korea have now prepared a cathode material with exposed tunnel structures that demonstrates good performances. Nanorods of β-MnO2 — a form of manganese dioxide — make attractive components for cathodes owing to their tunnel structure, which favors the storage and transport of sodium ions. Through a hydrothermal synthesis— whereby chemical precursors are heated in aqueous solution—Wang and colleagues fabricated nanorods with specific crystallographic faces (111) exposed. When these nanorods were used as battery cathodes, the team observed a high initial sodium storage capacity as well as the facile insertion and extraction of sodium ions.


NPG Asia Materials ISSN 1884-4049(Print) ISSN 1884-4057(Online)