マグネシウムがリチウム電池に取って代わる

トヨタ研究所（北米）の研究者たちは、マグネシウムベースのバッテリーの開発を提案しました。技術者によると、この元素はバッテリーに非常に適しており、リチウムイオンバッテリーと比較してより安全で効率的であり、携帯電話から自動車まで、さまざまなデバイスに適しているとのことです。

リチウムは空気に触れると非常に燃えやすいため、リチウムを使った電池は危険です。リチウムイオン電池の安全性を向上させるため、リチウムをグラファイト棒と組み合わせ、イオンの数を減らす方法が採用されました。これにより密度が低下し、蓄電量が制限されていました。

マグネシウムは、特に空気との相互作用においてリチウムよりも安定した元素であり、またリチウムよりも多くのエネルギーを消費しますが、マグネシウムを使用してエネルギーを効果的に伝達できる電解質を作成することは非常に困難であることが判明しています。

トヨタのシニアサイエンティストであるラナ・モタディ氏が、マグネシウムを破壊せずにエネルギーを伝達できる電解質の開発という課題について同僚たちが議論しているのを耳にしたことで、状況は劇的に変化しました。この出来事から、彼女は水素を貯蔵する材料の特性をマグネシウム電池に応用できるという着想を得ました。モタディ氏は同僚たちにこの考えを共有し、科学者たちはすぐにモタディ氏の仮説を検証するための研究を開始しました。

トヨタの研究グループの責任者によると、この発見は一人の研究者によるものではなく、研究所の複数の研究者が一つのチームで取り組んだ成果であるとのことです。研究者たちは既に研究成果の概要をまとめ、科学論文の一つに掲載しています。トヨタの技術者たちは、今回の発見が他の研究者によるマグネシウムベースの日常使用に適した電池の開発に役立ち、現在のリチウムイオン電池に劣らない普及が進むことを期待しています。

専門家によると、マグネシウムベースのバッテリーは塩化物系に依存していたため、その潜在能力を十分に発揮できていなかった。電解質は優れた陽極安定性を有していたものの、金属成分の劣化によりバッテリー性能が低下していた。トヨタの専門家は、金属マグネシウムと完全に適合するシンプルなマグネシウム塩を生成するホウ素クラスターアニオンであるモノカルボランを使用し、このバッテリーはエーテル系溶媒を大幅に上回る酸化安定性を示した。マグネシウム電解質の不動態性と非侵襲性により、標準的な扁平型バッテリーに使用される陰極の試験方法を標準化することが可能になった。この発見は、マグネシウム電解質の開発とその応用における研究者にとって新たな可能性を切り開くものである。

マグネシウムベースの電池が開発されるまでには研究者がやるべきことがまだ多く残されているが、予備的な推定では、そのような電池が登場するのは15年から20年後だとされている。

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