北陸先端科学技術大学院大学(JAIST)は、次世代高性能バッテリー「プロトン(陽子)電池」の実現に向け、カギとなる「多孔質MXene(マキシン)アノード(陽極)」の開発に成功したと、7月17日に発表した。

同成果は、JAIST 物質化学フロンティア研究領域のLinh Chi T. Cao大学院生、同・青木健太郎助教、同・長尾祐樹教授らの国際共同研究チームによるもの。詳細は、触媒作用や環境科学などの化学工学を扱う学術誌「Chemical Engineering Journal」に掲載された。

現代文明を支えるリチウムイオン電池(LIB)は、リチウムやコバルトといった希少資源を利用しており、サプライチェーンや環境への影響という課題を抱えている。また、現状の液系LIBは発火する危険性があり、安全性でも懸念点があった。

そうした中、ナトリウムイオン電池やフッ化物イオン電池、マグネシウムイオン電池、亜鉛空気電池など、貴金属フリーや高エネルギー化を目標とするLIBの代替バッテリーの開発が進む。中でも、資源が豊富で高速充放電が可能、安全性も高く、さらに環境負荷も低いといったメリットを持つ次世代バッテリーとして、水素イオン(H+)を電荷キャリアとして利用するプロトン電池が注目されている。

バッテリーの高性能化には、電解液や固体電解質の性能に加え、アノードとカソード(陰極)の素材も重要だ。プロトン電池のアノード候補として期待されるのが、「Ti3C2Tx」に代表される、優れた電気伝導性や高い表面積を持つ二次元遷移金属炭化物ファミリーのマキシンだ。しかし、従来のマキシンを薄膜状にしたマキシンフィルムは、マキシンのシート間の強い相互作用により、反応が生じるサイトの減少やプロトン輸送の阻害という課題があり、マキシン本来の性能を引き出せていなかった。

研究チームは今回、マキシンアノードの性能向上をめざし、「犠牲テンプレート法」を用いて、細孔密度を系統的に調整した多孔質マキシン(P-MX)フィルムを開発することにした。

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（波留久泉）

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