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【特集】白熱する次世代蓄電池の材料技術

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全固体電池の高性能化に向けた電極活物質微粒子の合成と電極複合体の形態制御
Synthesis of Active Materials and Morphology‒control of Composite Electrodes for Development of All‒solid‒state Batteries

麻生圭吾　 (大阪府立大学 大学院　工学研究科　応用化学分野)
林晃敏　 (大阪府立大学 大学院　工学研究科　応用化学分野　准教授)
辰巳砂昌弘　 (大阪府立大学 大学院　工学研究科　応用化学分野　教授)

　無機固体電解質を用いる全固体電池は、安全性と長寿命を兼ね備えた電池としてその開発が期待されている。電解液を用いる電池とは異なり、全固体電池では電極―電解質固体界面で電気化学反応が進行する。従って、全固体電池を高性能化するためには、両者の間に良好な固体界面を構築することが重要となる。固体界面構築のアプローチとして、電極活物質の微粒子化および形態制御、そして良好な固体界面を有する電極複合体の作製が挙げられる。本稿では、筆者らの最近の研究成果について紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. ホットソープ法による高容量電極活物質微粒子の合成
3. 電極複合体の形態制御
4. おわりに

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ガーネット型酸化物を用いた全固体電池の特性評価
Electrochemical Performance of an All‒solid‒state Lithium Ion Battery with Garnet‒type Oxide Electrolyte

太田慎吾　((株)豊田中央研究所　先端研究センター　研究員)

　ガーネット型酸化物固体電解質であるLi7La3Zr2O12 の組成・結晶構造を制御しリチウムイオン伝導率を向上させた。この固体電解質を用いて全固体モデル電池を作製し、電気化学特性を評価した。この電池は良好な電池特性と界面物性を有しており、ガーネット型酸化物は固体電解質として有望な候補材料であることがわかった。

【目次】
1. はじめに
2. ガーネット型酸化物
3. Nb 置換した Li_7 La_3 Zr_2 O_12
4. Li_6.75 La_3 Zr_1.75 Nb_0.25 O_12 を固体電解質に用いた全固体リチウムイオン電池
5. おわりに

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ナトリウムイオン電池の材料開発と電池特性評価
Active Materials and the Electrochemical Properties of Sodium Ion Batteries

中根堅次 (住友化学(株)　筑波開発研究所　上席研究員)
久世智 (住友化学(株)　筑波開発研究所　主任研究員)
岡田重人　(九州大学　先導物質化学研究所　先端素子材料部門　准教授)
智原久仁子　(九州大学　先導物質化学研究所　先端素子材料部門　テクニカルスタッフ)

　ナトリウムイオン電池は、供給量が豊富でしかも安価な材料により構成することができ、大型蓄電池用途での実用化が期待されている。正極材として、層状型の酸化物のほか、リン酸塩や硫化物、有機物などが、また負極材として、大きな放電容量と実用的なサイクル特性を示す炭素材料が見出されている。ラミネート型ナトリウムイオン電池を試作して初期特性と安全性を評価、同電池のポテンシャルを実証した。

【目次】
1. ナトリウムイオン二次電池の開発背景
2. ナトリウムイオン電池用正極候補
2.1　層状岩塩酸化物 NaFeO_2
2.2　層状硫化物 TiS_2
2.3　パイライト型硫化物 FeS_2
2.4　フッ素化ポリアニオン系 Na_3 V_2 (PO_4)_2 F_3
2.5　有機系ロジゾン酸2 ナトリウム Na_2 C_6 O_6
3. ナトリウムイオン電池用負極候補
3.1　Na 金属
3.2　金属系負極
3.3　炭素
4. ナトリウムイオン二次電池
4.1　コイン電池評価
4.2　ラミネート電池評価
5. まとめ

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理論計算を用いた Mg 二次電池正極材料の特性予測
Property Prediction of the Mg Secondary Battery Anode Material using Theoretical Calculation

中村馨　((一財)電力中央研究所　材料科学研究所　構造材料領域　主任研究員)
森昌史　((一財)電力中央研究所　材料科学研究所　上席研究員)
大沼敏治　((一財)電力中央研究所　材料科学研究所　構造材料領域　主任研究員)

　Mg 二次電池の実現にあたっては、優れたサイクル性と高電位を示す正極材料の探索が必要不可欠である。本稿では、第一原理計算を中心とした理論計算による正極材料探索について概説する。そして事例紹介として、既知の正極材料であるシェブレル相 Mo_3 S_4 と、基礎的研究段階にある Mg Co_2 O_4 スピネルを対象とした理論予測について紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 理論計算による材料探索
3. 正極特性の予測
3.1　結晶の安定性
3.2　酸化・還元反応の可視化
3.3　Mg イオンの拡散
3.4　結晶構造予測と電極電位
4. 結言

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アルミニウム二次電池の開発
Construction of Aluminum Rechargeable Batteries

知久昌信　(大阪府立大学 大学院　工学研究科　物質・化学系専攻　応用化学分野　助教)
井上博史　(大阪府立大学 大学院　工学研究科　物質・化学系専攻　応用化学分野　教授)

　負極にアルミニウムを使用したアルミニウム二次電池は、リチウムを用いる二次電池と比較して安全で理論容量が大きいが、アルミニウム二次電池の研究はほとんど行われていない。本稿ではアルミニウム二次電池の研究動向と技術的な問題点について述べる。

【目次】
1. はじめに
2. アルミニウム二次電池用電解液
2.1　アルミニウムメッキ用電解液
2.2　アルミニウム二次電池用電解液
3. アルミニウム二次電池用正極材料
4. まとめ

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ルベアン酸を正極活物質とする高エネルギー密度二次電池
A Multi‒electron Organic Battery Based on Rubeanic Acid

佐藤正春　((株)村田製作所)
目代英久　((株)本田技術研究所　四輪R&Dセンター)
鋤柄宜　((株)本田技術研究所　四輪R&Dセンター　主任研究員)
千葉一美　(日本カーリット(株)　新商品開発室　副課長)
国府英司　(日本カーリット(株)　R&Dセンター)
桐生俊幸　(日本カーリット(株)　R&Dセンター　主任研究員)
奥村亮　((株)村田製作所)
丸山則彦　((株)村田製作所)

　多電子が関与する酸化還元反応を示すルベアン酸を正極活物質とするハーフセルは容量密度 650Ah/kg で活物質あたりのエネルギー密度は 1550Wh/kg と、現在利用されている最先端電池であるLi イオン二次電池活物質の2.5倍に達する。ここでは、次世代の高エネルギー密度二次電池として期待されるルベアン酸を用いた有機二次電池について、基本的な電気化学的性質を説明し、実用化に向けた取り組みの現状を紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. ルベアン酸を活物質とする有機二次電池の電気化学的性質
3. 実用化を目指した取り組み
3.1　ルベアン酸含有量の増大
3.2　Li 源の確保
3.3　高容量密度負極の開発
3.4　安全性の確認
4. 低コスト二次電池の可能性
5. おわりに

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Material Report―R&D―

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小型風力発電用の低重心風車とバタフライ風車の開発研究
Research and Development of Low Center‒of‒Gravity Wind Turbine and Butterfly Wind Turbine for Small‒Scale Wind Power Generation

原豊　(鳥取大学 大学院　工学研究科　機械宇宙工学専攻　応用数理工学講座　准教授)

　性能が風向変化に依存しない垂直軸風車は構造がシンプルにでき低コスト化の可能性があるとともにデザインの多様性も持つ。本稿では、起動性の向上と低コスト化を目指して考案した新しい形状を持つ2つの垂直軸風車:低重心風車とバタフライ風車の研究について紹介をする。

【目次】
1. はじめに
2. 低重心風車とバタフライ風車の考案
3. 風車特性予測
4. 実験結果と理論予測の比較
5. 応用例の提案
6. おわりに

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ナノ階層構造設計技術による超低燃費タイヤ用ゴムの開発
Development of Rubber Compounds for Super Fuel Effi cient Tire using Nano‒hierarchical Architecture Design Technology

芥川恵造　((株)ブリヂストン　タイヤ材料開発第一本部　フェロー)

　低燃費タイヤ用ゴムにおいてエネルギーロスと耐摩耗性を高度に両立する材料技術を開発した。本技術は、ゴム中の各配合材の空間配置を要求特性にあわせて最適化するための観察、解析、制御技術から成る。ここでは、ゴム材料内部の微細構造の観察、解析技術を中心に解説をする。

【目次】
1. はじめに
2. 三次元ナノ階層構造制御技術
3. 架橋網目分布可視化技術
4. 充填剤分散可視化技術
5. ナノスケール有限要素法による変形解析
6. おわりに

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シリーズ 生体組織光学―生体分子との相互作用基礎過程から臨床診断・治療まで―(9)

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双積分球と逆モンテカルロ法による光学特性値の測定方法
Optical Properties Measurement by using a Double Integrating Sphere and Inverse Monte Carlo Method

粟津邦男　(大阪大学　大学院　工学研究科　環境・エネルギー工学専攻;大学院　生命機能研究科;臨床医工学融合研究教育センター　教授)
Steven L. Jacques　(Oregon Health & Science University Departments of Biomedical Engineering and Dermatology Professor)
本多典広　(大阪大学　未来戦略機構　第二部門　特任助教)
間久直　(大阪大学　大学院　工学研究科　附属高度人材育成センター　助教)

　前回まで、モンテカルロシミュレーションを用いた生体組織内での光のフルエンスの計算方法について記述した。本稿では、生体組織内での光の伝搬を理解するのに必要な生体組織の光学特性値の計測方法について記述する。

【目次】
1. 光学特性値の測定方法
2. 双積分球光学系
3. 逆モンテカルロ法
4. まとめ

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機能材料マーケットデータ

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一次,二次電池の市場
The Market of a Primary Battery and a Rechargeable Battery

【目次】
1. 電池市場の概要
2. 一次電池
3. 二次電池

------------------------------------------------------------------------- G18