三酸化タングステンはコバルトフリー電池にどう使われるか？
最近話題のコバルトフリー電池は、現在市販されている三元リチウム電池のアップグレード版と考えることができる。では、代表的な遷移金属N型半導体材料である三酸化タングステンは、コバルトフリー電池にどのように使われているのだろうか。
三酸化タングステンはコバルトフリー電池にどのように使われているのか？
三酸化タングステンの超微粉末は、コバルトフリー電池の正極材料の改質剤として使用されるだけでなく、高性能負極材料の製造にも使用することができます。
正極材料に関しては、三酸化タングステン粉末を使用することで、コバルト金属の使用量を減らすことができるだけでなく、製品の比容量と熱安定性を効果的に向上させることができます。 負極材料に関しては、三酸化タングステン粉末を使用することで、製造された負極材料のレート性能とリチウム貯蔵速度性能を大幅に向上させることができます。
周知のように、新エネルギー車の最大のコストは動力電池にある。現在市場を支配している三元リチウム電池を見る限り、そこに含まれるコバルトは非常に重要なレアメタルである。コバルトの流通面積は小さく、生産量も少ないため、コバルトの価格は他のレアメタルに比べて長期にわたって相対的に高く、電源電池の生産コストを大幅に引き上げている。
2020年2月、テスラがコバルトフリー電池のコンセプトを提唱したことで、コバルト除去が前面に押し出され、電力電池メーカー各社に様々なコバルトフリーソリューションが徐々に登場した。
三酸化タングステンのナノ粒子は、そのユニークな物理的・化学的特性から、リチウムイオン電池のコバルトの代替材料としてよく使用される。 これは主に、酸化タングステンがより大きな比表面積、より高い比重、良好な機械的安定性という特性を持っており、正極材料の比エネルギー密度と熱安定性を大幅に向上させることができるためである。また、三酸化タングステンを含む正極材料は電解液と熱化学反応を起こしにくいため、電池内の分圧や温度が急激に上昇する可能性が低くなります。
コバルトフリー電池の容量と充放電速度の性能をさらに向上させるため、三酸化タングステン粉末を負極材料の調製にも使用できることを指摘する研究者もいるが、ここで注目すべきは、三酸化タングステンはグラフェン（RGO）と組み合わせるのが最適であり、複合材料の電気化学的リチウム貯蔵の総合性能を大幅に向上させることができる点である。
三酸化タングステンとグラフェンの相乗効果により、WO3/RGOナノコンポジットの0.1℃における可逆的な比容量は、WO3とRGOのモノマーよりもはるかに優れているだけでなく、2つのモノマーの容量の合計よりも大きい。
さらに、WO3/RGOナノコンポジットは、安定したサイクル性能と良好なレート性能を有しており、0.1℃のレートで100サイクル後、可逆比容量は635mA/gを維持し、容量保持率は83.4％である。 5℃のレートでは、可逆容量は依然として460mA/gを維持することができ、これは市販のリチウム電池に使用されている黒鉛負極材料の理論比容量（372mA/g）よりもはるかに高い。
このことは、調製した三酸化タングステン／グラフェン複合材料が、新世代のリチウムイオン電池に応用できる可能性を示している。 次に、コバルトフリー電池の活発な開発により、三酸化タングステンの需要がさらに高まる可能性がある。
まとめ
コバルトフリー電池で三酸化タングステンがどのように使用されているかという疑問に対する答えを見つける一助となれば幸いです。三酸化タングステンやその他のタングステン製品についてもっとお知りになりたい方は、スタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ （SAM ）をご覧ください。
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