山口大学 大学院理工学研究科の研究チームは、既存のリチウムイオン二次電池の代替として期待される高容量なマグネシウム二次電池の開発に成功したと発表した。

二次電池はエネルギーを発生させる燃料の役割を果たす正極材料（プラス極）と負極材（マイナス極）、さらに電極間エネルギーの媒体となる電解質の3つの要素で構成されている。現在、一般的に使われている携帯電話などの二次電池には、主に正極材料にコバルト系化合物、負極材料に人造黒鉛（炭）、電解質にはリチウムイオンを使用した有機電解液が使用されている。しかし、コバルトやリチウムは希少金属であるため、製造コストが高くなるなど、さらなる普及に向けた課題も残っていた。

マグネシウムと硫黄の組み合わせを採用

この課題を解決するため、研究チームではコバルトやリチウムの代わりに負極にマグネシウム、正極に硫黄という2つの物質を用いた。マグネシウムは資源的に豊富なため安価だ。さらに電極材料に用いた時には安全性が高く、エネルギー密度（1グラムあたりの反応エネルギー量）も高いという利点から、リチウムイオン二次電池に替わる材料として期待されている。しかし、負極材料として使用するには高温環境が必要であることや、エネルギー密度の高い正極材料が皆無などの課題があった。

そこで研究チームではマグネシウム同様に安価かつ高いエネルギー密度を持つ硫黄に着目した。硫黄を化学反応させた有機硫黄を正極材料として使用することで、これらの課題を解決した。マグネシウム硫黄二次電池の開発は世界的にもほとんど報告例がないという（図1）。

図1 開発したマグネシウム硫黄電池の概念図 出典：山口大学

マグネシウム硫黄二次電池はマグネシウムイオンが負極と反応することで充電され、正極と反応することで放電される。そのエネルギー密度は従来のリチウムイオン二次電池の約6倍で、より少ない量で多くのエネルギーは発生させることができるため、コンパクトで軽量化された二次電池の作製が可能となる。さらに、コスト・資源的な問題が解決できることでEVやソーラーパネルなどに利用する大型電池の開発・普及が進むことも期待される。硫黄は石油精製時に生じる副産物でもあり、資源を有効活用できるというメリットもある。