中国科学院、亜鉛空気電池向けの新触媒を開発、充電式で長時間の安定動作を報告

中国科学院の研究チームが、亜鉛空気電池の性能向上につながる触媒を開発したと発表した。発表日は資料に記載されていないが、成果は学術誌「Angewandte Chemie International Edition」に掲載された。

何が発表されたのか

開発したのは、フッ素を組み込んだグラフェン触媒だ。触媒とは、化学反応が進むのを助ける材料を指す。研究チームは、市販のフッ素化グラフェンを加熱し、フッ素の含有量を調整する製法を開発した。

最適化した触媒の名前はFG-3だ。研究チームによると、電気の流れやすさと、反応を促す働きを両立したという。

試作した充電式電池について、研究チームは次の結果を報告している。

• 電流密度2mA/cm²で、充放電効率は98.0%だった。
• 1500サイクル後も97.6%の充放電効率を維持し、大気中で820時間を超えて安定動作した。

電流密度は、面積あたりに流す電流の大きさを表す。充放電効率は、充電に使った電気を放電時にどれだけ取り出せるかを示す指標だ。効率の数字を見る際には、試験条件も合わせて読む必要がある。

かんたんに言うと、反応の通り道を変える

研究チームによると、従来の亜鉛空気電池では、酸素の反応の遅さが実用化の課題だった。今回の触媒は、酸素と過酸化水素を相互に変換する反応を促すとしている。

反応の経路を、目的地まで向かう道にたとえると分かりやすい。同じように物質を変換する場合でも、どの道を通るかで進みやすさが変わる、という考え方だ。

今回着目したのは、電子2個を使う反応経路だ。研究チームは、従来の4個の経路より速く、逆向きにも反応が進みやすいとしている。炭素とフッ素の結合が、反応途中の物質を安定させることが、その働きにつながるという。

FG-3の過酸化水素選択率は97.4%だったと報告している。これは、狙った過酸化水素を生む反応が、どれだけ選ばれたかを示す数字だ。電池全体の充放電効率とは別の指標である。

日本では

日本との関わりは発表には書かれていない。今回示されたのは、触媒の製法と試作電池での研究結果だ。

まとめ

今回の研究の焦点は、電池内の反応を助ける材料と、反応経路の工夫にある。研究チームは、充電式電池での効率と長時間の安定動作を報告した。これらの成果が、亜鉛空気電池の実用化に向けた手がかりになる可能性がある。