産業技術総合研究所は、金属ナトリウム(Na)を添加することで、グラファイト層間化合物(GIC)を高速かつ簡便に大量合成できる新手法を開発した。リチウムイオン電池材料などに用いられる、GICの大量生産につながる可能性がある。
産業技術総合研究所は2023年1月31日、金属ナトリウム(Na)を添加することで、グラファイト層間化合物(GIC)を高速かつ簡便に大量合成できる新手法「Na触媒法」を開発したと発表した。今回の手法はリチウムイオン電池材料などに用いられるGICの大量生産につながる可能性がある。
Na触媒法は、GICの原料である粉末グラファイト(C)、アルカリ金属(AM)、アルカリ土類金属(AE)に金属Naを添加することにより、室温で短時間の混合をするか、約250℃で数時間反応させるだけで、ステージ構造を制御したGICを合成できる。GICを生成する過程で、金属NaがCと反応してNaCxを形成し、これが反応中間体となってインターカレーション反応を加速する仕組みだ。
GICの合成手法としては、気相法や溶融塩法などが既に存在している。しかし従来の手法は、合成のプロセスが複雑で、合成に数日〜数週間かかった。ステージ構造の制御が容易ではなく、高価な高配向性グラファイト原料が必要になるなど、高品質な試料を大量合成するのに適していない。例えば、合成が難しいとされるAE-GIC(AEC6)を従来法で合成するには、350〜450℃という高温で6〜10日を要していた。それがNa触媒法であれば、250℃と従来法よりも低い温度で、しかも数時間で合成可能だ。加えて、安価な粉末グラファイトを原料として使え、かつ設備やプロセスも簡便にできるという利点も持つ。
産総研は今後、GICの大量合成と応用展開の検討などを進め、GICやインターカレーション現象を利用しているリチウムイオン電池材料の電極などへのNa触媒法の適用可能性を探っていく。
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