Research Abstract


High energy density rechargeable magnesium battery using earth-abundant and non-toxic elements

2014年7月11日 Scientific Reports 4 : 5622 doi: 10.1038/srep05622

マグネシウム二次電池は、スマートグリッドコミュニティーや電気自動車の大規模エネルギー貯蔵デバイス用として有力な候補になり得る。しかし、これまでに開発されたマグネシウム二次電池のエネルギー密度は、主として正極材料が原因で低く抑えられている。今回、高エネルギー密度マグネシウム二次電池システムを実現するために、正極の新しい設計手法を提示する。イオン交換によって得たMgFeSiO4は、約2.4 V vs. Mgの電圧で300 mAh∙g−1を超える高い可逆容量を示す。さらに、充放電中、イオン交換MgFeSiO4の電子構造と結晶構造が変化するが、これはホスト構造へのマグネシウムの挿入脱離が起こっていることを示している。本研究で示したイオン交換MgFeSiO4とマグネシウムビストリフルオロメタンスルホンイミド–トリグライム電解質系の組み合わせによって、腐食や安全性の問題がない実用的な高エネルギー密度・低コストマグネシウム二次電池が得られる。

折笠 有基1, マセセ タイタス1, 小山 幸典2, 森 拓弥1, 服部 将司1, 山本 健太郎1, 大門 徹也1, 黄 鎮東1, 湊 丈俊2, タッセル セドリック3,4, 金 廷恩5, 小林 洋治3, 安部 武志3, 陰山 洋3,6 & 内本 喜晴1

  1. 京都大学大学院 人間・環境学研究科
  2. 京都大学 産官学連携本部
  3. 京都大学大学院 工学研究科
  4. 京都大学 白眉センター
  5. 高輝度光科学研究センター(SPring-8)
  6. 京都大学 物質–細胞統合システム拠点
Rechargeable magnesium batteries are poised to be viable candidates for large-scale energy storage devices in smart grid communities and electric vehicles. However, the energy density of previously proposed rechargeable magnesium batteries is low, limited mainly by the cathode materials. Here, we present new design approaches for the cathode in order to realize a high-energy-density rechargeable magnesium battery system. Ion-exchanged MgFeSiO4 demonstrates a high reversible capacity exceeding 300 mAh·g−1 at a voltage of approximately 2.4 V vs. Mg. Further, the electronic and crystal structure of ion-exchanged MgFeSiO4 changes during the charging and discharging processes, which demonstrates the (de)insertion of magnesium in the host structure. The combination of ion-exchanged MgFeSiO4 with a magnesium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide–triglyme electrolyte system proposed in this work provides a low-cost and practical rechargeable magnesium battery with high energy density, free from corrosion and safety problems.