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摘要：日本的研究小组发现，使用包含芳香族偶氮配体和氧化还原活性金属离子的单元构成的有机-无机杂化化合物作为“锂离子电池”的电极材料，可以实现电池的高容量和高电压。

关键字：钠离子电池、锂离子电池、芳香族偶氮化合物、高容量、高电压、下一代蓄电池

锂离子电池（LIB）是支撑现代文明的技术之一，但由于其使用锂或钴等稀有金属，因此存在资源枯竭的课题。随着电动汽车的增产等，预计锂离子电池的需求将进一步扩大。业界担心，最早在2030年左右，锂和钴将供不应求。

以钠离子为载体的钠离子电池（SIB）不仅可以避免资源枯竭的课题，还能够以更低成本获得与LIB相当的电力，因此近年来，作为后锂离子电池备受关注。

通过近几年的研究，SIB使用资源量丰富的有机化合物作为活性物质，同时，其性能也在不断提高。其中，芳香族偶氮化合物作为SIB的负极活性物质，表现出多电子氧化还原反应和快速充放电的性能，有望成为活性物质的有力候选。

但是，迄今为止开发的芳香族偶氮化合物也存在课题。为了防止芳香族偶氮化合物溶解到电解液中而导致容量减少，需要结合具有氧化还原惰性的羧酸盐，但是这样会导致单位重量的容量减小。另外，与羧酸盐结合后的偶氮化合物仅表现出1.2V的低电压，因而无法用作正极活性物质。为将芳香族偶氮化合物作为正极活性物质，要求不使用羧酸盐，而是与氧化还原活性原子结合。

SIB模式图。用进入车库（CPL_-4）的车辆（钠离子或锂离子）表示嵌入CPL_-4正极的离子。钠离子可以顺利通过CPL_-4的空位，而锂离子因不能通过空位而堆积在CPL_-4外

因此，本次，研究小组决定开发以下SIB：通过使用含有“偶氮吡啶（azpy）配体”和氧化还原活性铜（Cu²⁺）离子的“CPL_-4”作为SIB的正极活性物质，防止芳香族偶氮化合物溶解到电解液中，同时兼具高容量和高电压。

结果发现，使用由含有芳香族偶氮配体和氧化还原活性金属离子的单位构成的有机-无机杂化化合物作为SIB的电极材料时，可以实现高容量和高电压。

本次高容量的实现基于azpy和Cu²⁺离子的氧化还原反应产生的2.0V的高电压。其机制被认为是伴随从Cu²⁺到Cu⁺的可逆氧化还原反应，钠离子相对于CPL_-4内部的嵌入及脱离。

与将CPL_-4作为正极活性物质的LIB电池特性相比，发现锂离子的嵌入或脱离仅发生在CPL_-4表面附近，容量较小。由此，本研究还阐明了CPL_-4根据载体离子的不同而呈现出不同的反应机制。

本研究成果提出的将芳香族偶氮化合物用作正极活性物质的想法，以及与LIB不同的新型活性物质的设计方针，有望广泛应用于SIB等下一代蓄电池的开发。

攻克“钠离子电池”课题，实现高容量和高电压