米国エネルギー情報局が発行した International Energy Outlook 2016 (IEO 2016) によると、世界のエネルギー消費量は 2012 年から 2040 年の間に 48% 増加すると予測されています。再生可能で環境に優しいエネルギー源の使用が不可欠になっています。したがって、エネルギー供給への圧力を軽減するために、再生可能エネルギー貯蔵装置 (ESD) が広く研究されてきました。
リチウム イオン電池 (LIB) は、最先端の ESD の 1 つとして、過去 10 年間で大きな成功を収めました。しかし、地殻のリチウム資源は限られているため、LIB の製造コストは大幅に増加し、時間の経過とともにますます深刻になります。この懸念に対処するために、地球上に豊富に存在する酸化還元電位の低い元素に基づく ESD が、LIB に代わるものとして検討されています。地殻中のリチウムの含有量が少ない (0.0017 wt %) のに比べて、カリウムの含有量 (2.09 wt %) ははるかに高い。したがって、非水カリウム イオン電池 (PIB) は、さまざまな固定用途で最先端のリチウム イオン電池に取って代わる次世代技術の 1 つになると期待されています。
高性能の電極材料は、高度な PIB のために緊急に求められています。グラファイト アノードを備えた現在の PIB は、初期容量が 230 mAh g-1 しかなく、K+ の挿入/抽出を繰り返す間に大きな体積変化が生じるため、その後のサイクルで急速に減少します。金属カルコゲナイドは、中程度の酸化還元電位、高い理論容量、優れた電気化学的活性により、この懸念を効果的に軽減できます。
ここでは、典型的なMOFであるZIF-67を例として使用して、Nドープ炭素多面体にカプセル化されたCo0.85Seナノ粒子を調製しました。炭素の N ドーピングは、文献で報告されているように電子伝導性に利益をもたらすだけでなく、調製中の Co0.85Se の成長と凝集も防ぎます。この相互作用は、サイクル時の活物質の変形と粉砕を抑制することができるため、電気化学的性能にも重要です。炭素の N ドーピングに加えて、メソポーラス構造は大きな比表面積と体積変化に対する優れた耐性を示します。これらの結果により、この複合材料は、250 サイクル後に 1000 mA g-1 で 114.7 mA h g-1 の比容量を提供できます。
優れた電気化学的性能と環境に優しい合成アプローチにより、MOF によって調製されたこれらの金属カルコゲナイドが、PIB の次世代アノード材料の有望な候補であることが証明されました。
