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東京大学と米メリーランド大学の共同研究グループは、金属二次電池の効率を高める新しい電解液設計指針を示した。電解液中に存在するイオンの「硬さ・柔らかさ」の組み合わせが電池反応の起こりやすさを左右する機構を見いだし、水系亜鉛二次電池では99.9%を超える世界最高水準の効率を実証した。
副反応を抑える電解液設計
研究は、東京大学大学院工学系研究科の山田淳夫教授、ZHANG Qiu（ジャン・シュウ）特別研究員（研究当時）、KO Seongjae（コ・ソンジェ）講師らと、米メリーランド大学のWANG Chunsheng（ワン・チュンシェン）教授らによる共同成果である。成果は2026年5月26日付で、Nature Chemistryに掲載された。
金属二次電池では、充放電の際に狙った反応だけでなく、電解液の分解などの副反応が起きることが効率低下の大きな要因になる。研究グループは、電解液中のイオンの「硬さ・柔らかさ」という性質に着目した。硬い陽イオンと柔らかい陰イオンを組み合わせると、金属イオンが電解液中で過度に安定しにくくなり、小さな駆動力でも金属析出反応が進みやすくなるという。
実証の舞台となったのは水系亜鉛二次電池だ。亜鉛系で高い効率を示した今回の成果は、電極材料そのものの改良だけでなく、電解液の中身をどう設計するかが電池性能を大きく左右することを示した点に意味がある。
金属二次電池への展開
今回の成果は、金属二次電池の電解液を設計するための指針につながると位置づけられている。副反応を抑えるには、電極側の材料開発だけでなく、電解液中のイオン同士の相性や反応場のつくり方を制御する必要があることを明確にした。
今後は、水系亜鉛二次電池で示された設計原理を、ほかの金属二次電池や電気化学デバイスにどこまで広げられるかが課題となる。99.9%超という効率の高さに加え、その性能を支える考え方を電解液設計の指針として示した点が、今回の成果の特徴といえる。
