東京理科大学は19日、次世代電池であるカリウムイオン電池の界面反応メカニズムを、走査型電気化学顕微鏡（SECM）を用いて解明したと発表した。この研究により、高性能な次世代電池の実用化が期待できる。同研究成果は国際学術誌に掲載された。
近年、リチウムイオン電池の電解液として用いられる有機溶媒を電解質の水溶液に置き換えた水系電池が注目されている。水系電池では有機溶媒を使わないために安全性や環境への影響について有利であることに加え、豊富に存在する資源を使用することができるため、コストを抑えた幅広い用途への使用が期待される。中でも水系カリウムイオン電池は、高い安全性と優れた起電力を得ることが期待されている。
一方で水系電池は、条件によっては電解液中の水の電気分解が生じることが課題だ。電池性能を向上させるためには、電解質が分解されることで負極の表面に形成されるSEI（solid electrolyte interphase：固体電解質界面）被膜を利用する方法がある。SEI被膜は電解液のさらなる分解を防ぎ、電池の性能を維持する役割を果たすことがわかっている。しかし、SEI被膜に関する研究の多くはリチウムイオン電池に関するもので、カリウム塩電解液においては未解明だった。
東京理科大の研究グループは、走査型電気化学顕微鏡（SECM）とオペランド電気化学質量分析法（OEMS）を用いて、SEI被膜の詳細を明らかにする手法を見出した。前者は電気化学反応を利用して、試料表面の局所的な情報をその場で測定できる。後者は電池の充放電を行いながら電解液の質量分析を行って、電解液中の動的過程を観察することができる。
解析の結果、カリウムイオン電池のSEI被膜でもリチウムイオン電池と同様の明確な不動態化構造を形成していることがわかった。不動態化構造とは表面の金属分が酸素と結合してできる緻密な構造のことで、腐食からの保護作用を持つ。SEI被膜は不動態として振る舞うが、電極全体の被覆が不完全なことで望ましくない水素発生が起きて、電池としての性能を低下させることがわかった。
この研究により、SEI被膜の特性評価を行うための強力な手段を見出すことができた。さまざまな電池に適用可能なため、広い電池開発の促進が期待できるとしている。
画像提供：東京理科大学（冒頭の画像はイメージ）