東北大學於日前發表，與名古屋工業大學、東京都立大學共同提出了一項適用於鎂蓄電池之氧化物系正極的新材料設計指引。
研究團隊關注到的是既有尖晶石型(Spinel)構造的八面體隙位(Octahedral Site)之中缺損陽離子(Cation)的缺損尖晶石型構造，因此採用能讓尖晶石型穩定化的鋅(Zn)與即使是高價數的4價也保持穩定的錳(Mn)，利用Zn-Mn系缺損尖晶石型氧化物ZnMnO3，成功地在保持高電位(2～3V級)、高容量(約100mAh/g)的狀態下，飛躍性的提高了材料的循環特性。
此外，研究團隊透過利用基因演算法(Genetic Algorithm)的第一原理計算，確認缺損尖晶石型構造為ZnMnO3的穩定構造，且鎂離子會優先插入陽離子缺損的位置。將缺損尖晶石型構造的ZnMnO3奈米粒子合成後進行解析，經確認與第一原理計算預測的構造大致相同。
研究團隊也利用升溫至150℃的離子液體進行電氣化學測定，在鎂離子優先插入陽離子缺損位置的放電範圍，並未出現一般緻密岩鹽相的反應，而是產生了抑制構造變化之放電反應(鎂離子插入)。在此充放電容量的範圍內(約100mAh/g)，進行ZnMnO3的充放電試驗，確認能達到100天以上且超過100次循環之穩定充放電。
充放電時的能量密度(考量鎂金屬負極重量與理想電位之數值)預估約為200〜300Wh/kg，而既有鋰離子電池的理論能量密度則是在370Wh/kg。利用此次的研究成果將可望促進高能量密度之鎂蓄電池的實用化開發，惟現狀的作動溫度較高，研究團隊也將進一步朝室溫條件的實用化進行材料設計等開發。
資料來源：https://www.tohoku.ac.jp/japanese/newimg/pressimg/tohokuuniv_press20210118_01web_mag.pdf