【次世代電池】フッ素フリーが鍵：カルシウム金属電池（CMB）の「1600時間安定サイクル」を実現

Andriy Kachmar 他による研究は、次世代エネルギー貯蔵技術として有望視される**カルシウム金属電池（CMB）**の実用化を妨げていた主要な課題の一つ、電解質適合性を克服する画期的な成果を報告しています。

本研究で開発されたフッ素フリーの電解質は、安全性、持続可能性、および性能を向上させ、室温での安定した可逆的なカルシウム金属サイクルを実現します。

この研究で開発された新しい電解質システムは、従来のフッ素系技術と比較して大幅な性能向上を示しています。

項目	概要
開発された電解質	ジメチルアセトアミド（DMAc）中のカルシウムビス（メタンスルホンイミド）（Ca(MSI)2）
主要な成果	従来のフッ素系電解質（Ca(TFSI)2/DMAc）と比較して、過電圧の低減とレート特性の向上を達成。
サイクル安定性	0.02 mA cm-2で1,600時間以上にわたり安定したカルシウムめっき／剥離を可能に。
環境と安全性	フッ素フリーであるため、より安全で持続可能、環境に優しい代替品となる。

CMBは、リチウムイオン電池（LIB）の代替として以下の点で優れています。

CMBの最大の課題は、金属アノード表面に形成される**不動態化層（SEI）**が、イオン輸送を妨げる高い抵抗を示すことでした。本研究では、このSEIの化学的性質が鍵であることが示されました。

フッ素系電解質（Ca(TFSI)2）を使用すると、分解により抵抗性の高いCaF2（フッ化カルシウム）に富むSEIが形成され、Ca2+輸送が妨げられ、急速な分極（過電圧の急増）が引き起こされます。
フッ素フリー電解質（Ca(MSI)2）は、CaF2の形成を防ぎ、代わりにより均一でイオン伝導性の高い有機物に富むSEIを促進します。
分光分析（XPS）により、Ca(MSI)2システムで形成されたSEIは、フッ素をほとんど含まないことが確認されました。

この研究は、高性能と環境持続可能性の両立を可能にする新しい電解質設計の方向性を示しています。

簡便で安価な合成: MSI-リガンドは、安価な試薬から、毒性の副産物を生成するフッ素化プロセスを回避して安全かつ費用効率よく合成できます。
CMBの推進: 最適化された電解質は、全セル（フルセル）条件下（有機カソードPTCDAを使用）での可逆的なCa金属動作を実証しました。
将来の応用: このフッ素フリーの知見は、CMBだけでなく、マグネシウムなどの他の多価電池の開発におけるSEI設計にも応用が期待されます。
今後の課題: 長時間サイクルにおける過電圧の中程度の上昇に対処するため、今後は人工SEI層の導入や共溶媒の最適化といった界面工学戦略が重要となります。