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自在に成形できるストレージが実現? 米大学が導電性の“粘土”を開発

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自在に成形できるストレージが実現? 米大学が導電性の“粘土”を開発

Drexel Univ_MXene_cray_image
粘土状の導電性物質「MXene」。導電性を維持したまま、自由に形状を変えることができるとの事

米国のフィラデルフィアにあるDrexel Universityの研究グループは、
粘土のような導電性の新材料「MXene」を開発したと発表しています。
同研究グループによると、このMXene Clayを用いることで、製造が容易で寿命も長く、
高速充電が可能なスーパーキャパシタや電池を実現できる可能性が広がるとの事。


MXeneは、3層のTi(チタン)と2層のC(炭素)で構成されるもので、その厚みは原子5個分だそうです。
開発を手掛けたのは、Drexel University材料工学部のMichel Barsoum教授が率いる研究グループ。

Barsoum氏と研究グループはもともと、米国エネルギー省(DoE:Department of Energy)から資金提供を受け、
チタンベースの積層セラミック材料である「MAX phase」を、スーパーキャパシタ用の電極として使うための研究に
取り組んでましたが、その過程の中で、MXeneを発見したそうです。

「MAX phaseからAlを除去するための化学エッチング処理を施す際に、通常はフッ化水素酸を用いる必要がある。
しかし、博士課程の学生であるMichael Ghidiu氏は、毒性が高く危険なフッ化水素酸を使いたくないと考えた」

そこでGhidiu氏は、フッ化水素酸の代わりに、毒性のない安全なフッ化物塩と塩酸を使用したそうです。
「MAX phaseを大量の黒い粒子に還元してから、それを水で洗浄すると、
これまで見たこともない粘土のような物質になった」との事。

Barsoum氏によると、研究グループがこの新材料をスーパーキャパシタの電極の1つとして使用したところ、
ストレージ容量が大幅に向上したそうです。
1cm3当たりの静電容量は900F(ファラド)で、炭素材料のスーパーキャパシタと比べて2~3倍高いとの事。

今回の研究に関する論文は英国科学雑誌「Nature」で発表されています。
同論文では、MXeneをスーパーキャパシタで使用することに焦点を当てていますが、
この他にも、電池の電極として使用したり、市販のリチウムイオン電池で使われている材料を超える
ストレージ性能を提供できる可能性も秘めるとしています。


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