2021年 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情報】

〇材料科学高等研究所 / 多元物質科学研究所　教授　西原洋知
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

• 多孔性と耐久性を両立したカーボン新素材「グラフェンメソスポンジ（GMS）」（注1）の安価な製造法を開発しました。
• グラフェンメソスポンジは、スーパーキャパシタ、リチウムイオン電池、燃料電池、リチウム硫黄電池、全固体二次電池、空気電池などの各種電池に使用することで、性能UPが期待できる材料です。
• 従来の製法では猛毒のフッ化水素酸（注2）を使用する必要がありましたが、これを環境負荷の小さい塩酸に切り替える手法を開発しました。

【概要】

カーボン材料は電池の必須構成要素であり、活物質や導電助剤として広く利用されています。東北大学が開発したカーボン新素材「グラフェンメソスポンジ」は、緻密に設計されたナノ構造により、従来のカーボン材料を大幅に上回る優れた多孔性と酸化耐性（化学的な耐久性）の両立を実現しています。また、この材料は柔軟であり、可逆的に圧縮?復元が可能なため、充放電に伴い激しく構造変化をする活物質の動きに追従することができ、機械的な耐久性にも優れています。

グラフェンメソスポンジは電池の性能を向上させる新素材として期待されていますが、従来の製法ではナノ構造を形成するための鋳型材（注3）として使用するアルミナを溶解除去するために猛毒のフッ化水素酸を用いる必要がありました。今回の研究では東北大学、東海カーボン、東京工業大学、ロンドン大学クイーンメアリー校の連携により、鋳型材を塩酸に可溶な酸化マグネシウムに切り替えることに成功し、より安全で安価な製造法を確立しました。

本研究成果は、6月1日（現地時間）に英国王立化学会の学術誌「Journal of Materials Chemistry A」のオンライン速報版に掲載されました。

【用語解説】

注1）グラフェンメソスポンジ（GMS）
東北大学が2016年に発表したカーボン新素材。3～8 nmの泡状の細孔構造をしており、細孔壁は欠陥の無いグラフェンシート1層で構成されているため、多孔性と耐食性を両立している。詳細は下記の論文と特許を参照。
（論文）DOI: 10.1002/adfm.201602459
（特許）特許第6460448号

注2）フッ化水素酸
化学式HFで示される強酸。猛毒であるほか、腐食性があるため取り扱いには特殊な設備が必要。ガラスやアルミナを溶解する作用があるため、GMSの製造においては鋳型材として使用しているアルミナナノ粒子を溶解除去するのに用いている。

注3）鋳型材
カーボンのナノ構造を形作るために利用する構造体。鋳型材にカーボンを付着させた後に鋳型材を除去すると、鋳型材をかたどったカーボン構造体が得られる。GMSの鋳型材として、従来の製法ではアルミナナノ粒子を用いていた。

詳細（プレスリリース本文）

参考（令和3年5月10日プレスリリース）

問い合わせ先

（研究に関すること）東北大学 材料科学高等研究所 / 多元物質科学研究所
教授　西原 洋知（にしはら　ひろとも）
電話：022-217-5627
E-mail：hirotomo.nishihara.b1*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（報道に関すること）
東北大学 材料科学高等研究所 広報戦略室
電話：022-217-6146
E-mail：aimr-outreach*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）