東北大学大学院工学研究科および金属材料研究所、日本原子力研究開発機構（JAEA）の共同研究グループは、層状二酸化マンガン（MnO₂）を厚さ数ナノメートルのシート状に微細化することで、100℃以下の低温域でも高密度な蓄熱が可能な新材料を開発した。従来のバルク状MnO₂に比べ、蓄熱エネルギー密度は約1.3倍に向上した。
層状MnO₂は、130℃付近で水分子を層間に取り込む「インターカレーション機構」により蓄熱する材料として知られていたが、本研究ではさらに60℃以下の低温域で表面に水分子が吸着する「表面吸着機構」が機能することを解明。この二段階蓄熱メカニズムにより、吸着可能な水分子量は従来比約1.5倍に増加し、低温域での蓄熱性能が飛躍的に向上した。
研究チームは、シート厚と水分子の収容サイト数の関係を幾何学モデルで解析し、インターカレーション水は固体的、表面吸着水は液体的な状態に近いことを示した。これにより、蓄熱性能の設計指針が得られ、太陽熱を利用した夜間暖房、オフライン廃熱輸送、熱電変換など多様な省エネルギー技術への応用が期待される（掲載誌：Communications Chemistry）。