米カリフォルニア大学サンディエゴ校は25日(米国時間)、寿命を迎えたリチウムイオン電池の新たなリサイクル手法を開発したことを発表した。

　リチウムイオン電池は、スマートフォンやノートPCなどで利用されている、リチウムイオンの陽極と陰極間の移動を利用した二次電池。
リチウムやコバルトなどの希少金属がカソード(陰極)、グラファイトなどがアノード(陽極)の材料として使われている。

　リチウムイオン電池が消耗すると、カソード材料のリチウム原子の一部を失ってしまい、カソードの原子構造も変化することで、イオンを出し入れする能力が低下する。

　開発された新たなリサイクル手法は、カソード材料(リチウムコバルト酸化物)を回収したあと、元の状態に復元するという。対象となるカソードは、ほとんどの電気自動車に使用されている、ニッケルやマンガン、コバルトを含む「NMC」となる。

　まず、使用済みリチウムイオン電池からカソード粒子を回収し、リチウム塩を含む高温のアルカリ性溶液中でカソード粒子を加圧し、800℃まで加熱する。

　その後、時間をかけてゆっくりと冷却する焼きなまし(アニール)処理を行なうと、またカソードが電池材料として利用できるという。
なお、前述のアルカリ性溶液は、カソードの復元処理に使いまわせる。

　研究者らが、この再生した粒子から新しいカソードを作製し、実験を行なったところ、オリジナルと同じエネルギー貯蔵容量、充電時間、寿命を持つことが確認されたという。

　Chen氏によれば、このリサイクルプロセスは、新品のカソード粒子を作るのと本質的に同じものであり、使用後の材料も、同じ処理を行なうだけで元に戻せることを示しているとする。

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画像：リチウムイオン電池の使用済みカソード粒子 David Baillot/米カリフォルニア大学サンディエゴ校
https://pc.watch.impress.co.jp/img/pcw/docs/1103/762/01_l.jpg

画像：カリフォルニア大学サンディエゴ校のYang Shi氏(左)とZheng Chen教授(右)
https://pc.watch.impress.co.jp/img/pcw/docs/1103/762/02_l.jpg

PC Watch
https://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/1103762.html

http://news.mynavi.jp/news/2017/05/31/280/

周藤瞳美
[2017/05/31]

物質・材料研究機構(NIMS)は5月31日、過酷環境下に強いダイヤモンド集積回路を開発するための第一歩として、2種類の動作モードを持つ金属-酸化物-半導体(MOS)電界効果トランジスタ(FET)を組み合わせたダイヤモンド論理回路チップの開発に成功したと発表した。

同成果は、NIMS機能性材料研究拠点 劉江偉独立研究者、技術開発・共用部門 小出康夫部門長らの研究グループによるもので、5月9日付けの米国IEEE電子デバイス学会「IEEE Electron Device Letters」電子版に掲載された。

ダイヤモンドは、高いキャリア移動度、大きな破壊電界および大きな熱伝導率を持つことから、高温、高出力、および高周波で安定に動作する電流スイッチおよび集積回路への応用が期待されている。

しかし、これまでダイヤモンドMOSFETのしきい値電圧の正負を制御することが難しく、2種の動作モードであるデプレッションモード(Dモード)およびエンハンスメントモード(Eモード)のMOSFETをそれぞれ同一チップ上に作製することは困難であった。

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http://news.mynavi.jp/news/2017/05/31/280/images/001.jpg
作製されたダイヤモンド論理回路チップの顕微鏡写真 (NIMS Webサイト)

※本記事は掲載時点の情報であり、最新のものとは異なる場合があります。予めご了承ください。

日経プレスリリース
http://release.nikkei.co.jp/detail.cfm?relID=420861&lindID=4
http://release.nikkei.co.jp/attach_file/0420861_01.JPG


低温下で駆動する全固体リチウムイオン電池の試作に成功


　株式会社オハラ（本社：神奈川県相模原市、代表取締役社長執行役員：齋藤弘和）は、酸化物系材料を用いた全固体リチウムイオン電池において、積層シートの一括焼結製法を用いることで、－３０℃という低温下においても駆動する電池の試作・実証に成功しました。

　※参考画像は添付の関連資料を参照

１．試作・実証の背景、試作品の特徴
　この度試作に成功した全固体リチウムイオン電池は、固体電解質にオハラの酸化物系固体電解質「LICGC(TM)」、正極及び負極に酸化物系材料を用い、粉末シートを積み重ねた上で、焼結により作成されています。
　一般に、全固体電池は界面抵抗が大きく、中でも酸化物系の無機固体電解質を用いたものは、低温下の特性が著しく低下するという課題があります。この課題に対し、オハラは、電池を積層構造化することで、緻密で効率的な構造を持つ全固体電池を実現しました。
　これにより、一般的な小型電子機器向けに使用される液式リチウムイオン電池では駆動が難しい－３０℃という低温下においても、駆動の実証に成功しています。一方、この電池は、電解液や一部の全固体電池で使用される金属リチウムを使用しないため、２００℃以上という高温環境でも燃えることはなく、著しい変質劣化も示しません。
　また、大気中で安定している酸化物系材料で構成されるため、硫化物系無機固体電解質を使用した全固体電池に比して、安価な工程構築が可能です。

２．今後の計画
　オハラでは、今後、酸化物系固体電解質LICGC(TM)の固体電池への採用を推進してまいります。今回試作に成功した全固体リチウムイオン電池は、現在小型電子機器に搭載されている、電解液を用いたリチウムイオン電池との置き換えが期待されます。

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【プレスリリース】電池中の酸化物イオンで充電と放電 ―高エネルギー電池のブレークスルー― - 日本の研究.com
https://research-er.jp/articles/view/45707


発表者

山田淳夫(東京大学 大学院工学系研究科化学システム工学専攻 教授)

大久保將史(東京大学 大学院工学系研究科化学システム工学専攻 准教授)


発表のポイント

•リチウムなどの希少元素を使用しない次世代電池の候補であるナトリウムイオン電池(注1)のプラス極(注2)を開発した。

•開発したプラス極では、酸化物イオン(注3)の酸化と還元により充電と放電が進行することが分かり、遷移金属(注4)からのみ電子を取り出す従来型のプラス極に比べて 1.4 倍の電気量を蓄えることが可能となった。

•さまざまな物質中に多量に含まれている酸化物イオンによる充電と放電が実現したことで、電気自動車などに搭載可能な高エネルギー密度の電池開発が可能となる。


発表概要

　携帯機器などに利用されているリチウムイオン電池(注5)は、希少資源であるリチウムやコバルトを使用することから、代替技術の開発が急務となっている。その中で、リチウムをナトリウムに置換したナトリウムイオン電池は、特に実現性が高いと考えられており、元素戦略という国家的エネルギー戦略の観点からも開発が強力に推進されている。

　実用可能な水準までナトリウムイオン電池を高機能化するためには、ナトリウムイオンを吸蔵・放出する化合物の対(プラス極とマイナス極、注2)を開発することが求められる。特に、長時間のエネルギー供給を可能とする電池には、プラス極とマイナス極における高密度な酸化・還元反応、すなわち、充電・放電が可能な新しい化合物の開発が期待されてきた。

　東京大学大学院工学系研究科化学システム工学専攻の山田淳夫教授、大久保將史准教授らの研究グループは、層状の酸化物に多量に含まれる酸化物イオンが酸化・還元反応を示すことを発見した(図1)。従来、このような反応を起こそうとすると酸素が乖離したり、結晶の構造が変化したりして安定な酸化・還元反応は起こらないとされてきた。また、詳細な解析により、この酸化物イオンの酸化・還元反応の発生には、協同的な構造の歪みが鍵になっていることを明らかにした。発見された酸化物イオンの酸化・還元反応は非常に安定に繰り返すことが可能であり、遷移金属からのみ電子を取り出す従来型のプラス極に比べて 1.4 倍の電気量を蓄えることが可能な高性能プラス極として機能することも確認された。‘酸化物’という極めて多様な物質群の基本構成単位である酸化物イオンが酸化・還元反応を示し、ナトリウムイオン電池のプラス極として機能する、という本発見は、今後、電気自動車などに搭載可能な高エネルギー密度の電池開発に大きく貢献すると期待される。

　なお、本研究成果の一部は、日本学術振興会科学研究費補助金特別推進研究(No.15H05701)、および、文部科学省元素戦略プロジェクト<研究拠点形成型>「京都大学触媒・電池元素戦略研究拠点ユニット」(研究代表者:田中康裕 京都大学大学院工学研究科教授)による支援を受けて行われた。

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