電池技術専門家パリーのバッテリー・インタビュー 第1回：Arumugam Manthiram教授
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テキサス大学オースティン校のManthiram教授のインタビュー。2019年にノーベル賞を受賞したGoodenough教授と設立したベンチャー企業TexPowerでハイニッケル正極材料を提供してます。
日本語記事で3d軌道(遷移金属の特徴)の話まで踏み込んでいるのは初めて見ました。たとえば、こんな感じ。
(以下、一部抜粋)
PA：電池材料に使用する元素として、ニッケルの何が魅力的なのでしょう？
AM：電池の材料は重量が軽くなくてはなりません。つまり、3d軌道の遷移金属を使用しなくてはならないことを意味します。左から右に向かって、チタンからニッケル、銅と、遷移金属の3dエネルギー準位は下がっていきますから、セル電圧を上げられることを意味します。
最も重要な2つ目のポイントは、3d遷移金属系列です。ニッケルは、唯一、電圧を途切れさせることなく、2+から3+、3+ から 4+と、2価を経由することができます。2価状態を経由している間も、継続的な多少傾斜した電圧プロファイルが得られるのです。これは素晴らしいことです。バナジウムでも、3+ から 4+ 、4+ から 5+と可能なのですが、電圧に途切れが生じてしまいます。産業界は電圧に生じる突然の途切れを歓迎しません。
ニッケルのもうひとつの長所は、サイズにあまり変化が生じない点です。ニッケルは周期表のかなり右側に位置しますから、ニッケルと酸素の結合は共有結合性が極めて高くなります。これは電子密度が非常に非局在化されることを意味します。ですから、優れた電子伝導率を実現することができるのです。周期表の左側にある元素だと、電圧が低く、電子密度がより局在化され、伝導率が低くなる可能性が高くなってしまいます。さらに、ニッケルとコバルトを比較すると、コバルトは最高で3.5+までしか酸化させられません。LCOからリチウムをすべて取り除いてしまったら、LCOを完全にチャージすることができません。CoO2を得ることはできませんが、LiNiO2 であれば、リチウムをすべて取り除き、NiO2 を得ることができるので、Ni4+へのアクセスが可能な一方で、Co4+へのアクセスが不可能になります。ニッケルを使うと容量が増す理由はここにあります。コバルトだと、容量が半減してしまうのです。
