東海国立大学機構 名古屋大学未来材料・システム研究所の長田　実 教授らの研究グループは、国立研究開発法人 物質・材料研究機構（NIMS）の佐々木 高義 フェローらとの共同研究で、分子レベルの厚さ(1.5－3 nm)で高い誘電率と高い絶縁性を兼ね備えたナノシート（Ca₂Na_m-3Nb_mO_3m+1）を開発し、ナノシートの積層素子で、現行の誘電体キャパシタの性能限界を突破する世界最高のエネルギー密度（174－272 J/cm³）を実現しました。
本研究で開発した誘電体キャパシタは、短い充電時間（数秒）、高い出力密度^注5）、長寿命、高温安定性などの優れた特性を併せ持っており、新しい全固体蓄電デバイスへの応用が期待されます。
本研究成果は、2023年5月2日付アメリカ化学会材料科学誌「Nano Letters」オンライン速報版に掲載されました。

【ポイント】

・分子レベルの厚さ(1.5－3nm)で、高い誘電率と絶縁性を兼ね備えたナノシート^注1）を開発。
・ナノシートの積層素子で、現行の誘電体^注2）キャパシタ^注3）の性能限界を突破する世界最高のエネルギー密度^注4）（174－272 J/cm³）を実現。
・誘電体を用いた新しい安全、全固体蓄電デバイス。

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【用語説明】

注1）ナノシート：
原子１層、数層からなる物質。代表する物質としては、グラフェン、六方晶BN、遷移金属カルコゲナイド（MoS₂、WS₂など）、酸化物ナノシートなどがある。

注2）誘電体：
広いバンドギャップを有し、電圧をかけると、その電圧に応じて電荷を蓄える性質や、直流電流を流さない性質（絶縁性）を有する材料。

注3）キャパシタ：
電荷を蓄えて、放電できる蓄電デバイス。コンデンサも同じキャパシタであるが、電子回路で使う小型電子部品のことを指す。

注4）エネルギー密度：
単位質量、または単位容積当たりに取り出せるエネルギー。この値が高いほど、一回の充電で多くのエネルギーを蓄積できる。

注5）出力密度：
単位質量、または単位容積当たり、どれだけパワーを引き出せるかという指標。この値が高いほど、一回の充電で多くのエネルギーを蓄積できる。

【論文情報】

雑誌名：Nano Letters
論文タイトル：Ultrahigh Energy Storage in 2D High-κ Perovskites
著者：Hyung-Jun Kim (研究当時NIMS 博士研究員), Shu Morita (名古屋大学 大学院生), Ki-Nam Byun (名古屋大学 大学院生), Yue Shi (名古屋大学 博士研究員), Takaaki Taniguchi (NIMS 主幹研究員), Eisuke Yamamoto (名古屋大学 助教), Makoto Kobayashi (名古屋大学 准教授), Yasuo Ebina (NIMS 主幹研究員),　 Takayoshi Sasaki (NIMS フェロー), Minoru Osada (名古屋大学 教授)
DOI：10.1021/acs.nanolett.3c00079
URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c00079

【研究代表者】

未来材料・システム研究所　長田 実　教授
https://mosada-lab-nagoya.com