結晶構造の堅牢性と柔軟性が鍵! 〜多価金属電池正極材料に新たな設計指針〜

化学部門

2026年5月1日

図1. トンネル構造型酸化モリブデン正極で進行する多価金属電池反応の模式図

【ポイント】

• 堅牢な六角形トンネル構造をもつナノ酸化モリブデン正極材料を開発 しました。
• 従来困難とされてきた室温でのカルシウムイオン（Ca²⁺）とマグネシウムイオン（Mg²⁺）の可逆的な挿入・脱離を実証しました。
• 開発した正極材料の充放電に伴う体積変化は2%未満であり、高い構造安定性を維持することを明らかにしました。
• 多価イオンの挿入・脱離に伴い内部の Mo–O 結合長が柔軟に変化することで体積変化が抑えられるユニークな反応機構を解明しました。

【概要】
電動化社会の本格化およびサプライチェーンリスクの増大から、価格変動が少ないレアメタルフリー蓄電池の開発が盛んに行われています。中でも、多価金属電池は、豊富な元素資源性と安全性を基盤に、次世代の高エネルギー蓄電池として注目されています。一方で、実用化に向けては、正極材料の開発が大きな課題となっています。東北大学多元物質科学研究所の飯村玲於奈 大学院生（研究当時：同大学院環境科学研究科、現：物質・材料研究機構 研究員）、北海道大学大学院理学研究院の小林弘明 准教授（現：東京大学大学院工学系研究科 准教授）らの研究チームは、次世代蓄電池の一つである多価（マグネシウム・カルシウム）金属電池における、新しい反応機構を用いる正極材料を開発しました。今回、研究チームは、内部にイオンが通りやすい経路を持ち、幾何学的に高い構造安定性を有するトンネル構造型酸化モリブデンに着目しました。そして、この材料をナノサイズ化することで、従来は困難とされてきた室温での多価イオンの可逆的な挿入・脱離を実現しました。この材料は充放電を繰り返しても結晶全体の変形が非常に小さく、骨格構造を保ったまま内部の結合が柔軟に変化することで、イオンの挿入・脱離に応答していることを明らかにしました。本研究成果は、多価金属電池用正極材料の開発を加速度的に発展させる材料設計指針となるもので、2026年4月28日（現地時間）公開のAdvanced Energy Materials 誌に掲載されました。

【論文情報】
タイトル: Ultra-Low-Strain Calcium and Magnesium Ion Storage Enabled by Tunnel-Structured MoO₃ Positive Electrode
著者: Reona Iimura*, M. D. Hashan C. Peiris, Takashi Yabu, Toshihiko Mandai, Ruijie Zhu, Akira Nasu, Saneyuki Ohno, Masaki Matsui, Itaru Honma, Manuel Smeu, Hiroaki Kobayashi*
*責任著者: 東北大学多元物質科学研究所 博士課程学生 飯村玲於奈、北海道大学大学院理学研究院 准教授 小林弘明
掲載誌: Advanced Energy Materials
DOI: 10.1002/aenm.71006
URL: https://doi.org/10.1002/aenm.71006

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