多原子陰イオンに着目した錯体型水素化物の水素貯蔵およびイオン伝導機能の向上

• Project/Area Number: 18H01738
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26040:Structural materials and functional materials-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 李 海文 九州大学, 水素エネルギー国際研究センター, 准教授 (40400410)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中島 裕典 九州大学, 工学研究院, 助教 (70432862) ; 池田 一貴 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特別准教授 (80451615)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2020: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2019: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2018: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
• Keywords: イオン伝導 / 水素化物 / 水素貯蔵

Outline of Annual Research Achievements

今年度では、固体電解質としてLiBH4を用いて、約40nmの均一な厚さを有するBiナノシート（Bi-NS）をアノードにして、対極としてLi金属を用いた全固体電池特性を詳しく評価解析した。作製された全固体電池において、0.01～3.0 Vの電位範囲で、250 mA/gの電流密度で、Bi-NS電極の初回放電-充電電圧プロファイルから、約519 mAh/gの放電容量と562 mAh/gの充電容量を得た。理論放電容量よりやや大きい値が得られたことは、2.5～3.0Vの電位窓でLiBH4電解質の部分分解に起因すると考えられる。この影響を避けるべく、カットオフ電圧を3.0Vから2.0Vに調整した。初回の放電曲線から、約0.78と0.72 Vで、LiBiとLi3Bi合金のそれぞれの形成に起因する2つのプラトーが観察された。また、それぞれ約603と503 mAh/gの高い放電容量と充電容量が得られ、初期クーロン効率は80％であることがわかった。この高いクーロン効率は、Bi-NSとLiBH4の間に安定した界面の形成に起因すると考えられる。約0.75 Vの放電プラトーと約0.85 Vの充電プラトーは、可逆的なLi-Bi合金化/脱合金化反応に起因すると考えられる。0.01～2.0 Vの電圧範囲内でのBi-NSアノードのCV曲線から、初回サイクルにおいて、LiBiとLi3Bi合金の形成に起因するピークがそれぞれ約0.80Vと0.70Vで観察された。また、脱合金化に関して、約0.85 Vの電位で1つのピークしか観察されないことから、非常に近い電位範囲でLiBiとLi3Bi合金の超高速酸化反応が進行したと示唆される。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 安徽工業大学/上海理工大学(中国)
• [Int'l Joint Research] University catholique de Louvain(ベルギー)
• [Int'l Joint Research] Aarhus University(デンマーク)
• [Int'l Joint Research] University catholique de Louvain(ベルギー)
• [Int'l Joint Research] Henan Normal University/Anhui University of Technology/Zhengzhou University(中国)
• [Int'l Joint Research] Aarhus University(デンマーク)
• [Int'l Joint Research] Catholic University of Louvain(ベルギー)
• [Int'l Joint Research] Anhui University of Technology(中国)
• [Journal Article] Interface Controlled Solid-State Lithium Storage in Free-Standing Bismuth Nanosheets (2020)
  • Author(s): Yayu Peng, Liang Fang, Yongtao Li, Hai-Wen Li, Torben Rene R. Jensen, Qingan Zhang
  • Journal Title: Dalton Transactions Volume: in press Issue: 1 Pages: 252-261
  • DOI: 10.1039/d0dt03613g
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] In Situ Forming LiF Nano-Decorated Electrolyte/Electrode Interfaces for Stable All-Solid-State Batteries (2020)
  • Author(s): X Shi, Y Pang, B Wang, H Sun, X Wang, Y Li, J Yang, H.-W. Li, S. Zheng
  • Journal Title: Materials Today Nano Volume: in press Pages: 100079-100079
  • DOI: 10.1016/j.mtnano.2020.100079
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Potassium octahydridotriborate: diversepolymorphism in a potential hydrogen storagematerial and potassium ion conductor (2019)
  • Author(s): J.B. Grinderslev, K.T. Moller, Y. Yan, X. Chen, Y. Li, H.-W. Li, W. Zhou, J. Skibsted, X. Chen, T.R. Jensen
  • Journal Title: DaltonTransactions Volume: 48 Issue: 24 Pages: 8872-8881
  • DOI: 10.1039/c9dt00742c
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Solid-State Inorganic Hydrides for Multiple Energy Applications (2020)
  • Author(s): H.-W. Li
  • Organizer: International Workshop on Multifunctional Energy/Nano Materials
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Solvent-free Facile Synthesis of Metal Boron Hydrides for Superionic Conductivity (2019)
  • Author(s): H.-W. Li
  • Organizer: Study of matter at extreme conditions (SMEC2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Lightweight Hydrides for High Density Hydrogen Storage (2019)
  • Author(s): H.-W. Li, Liqing He, Etsuo Akiba
  • Organizer: World Hydrogen Technologies Convention (WHTC2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Solid-State Hydrides for Hydrogen Storage and Rechargeable Battery (2019)
  • Author(s): H.-W. Li
  • Organizer: Asia Pacific Society for Materials Research 2019 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Nanoengineering Promoted Hydrogen Storage and Battery Performances of Solid-State Hydrides (2019)
  • Author(s): H.-W. Li
  • Organizer: 2019 IEEE International Conference on Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale (3M-NANO 2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Reversible Hydrogen Storage in Metal Borohydrides (2019)
  • Author(s): H.-W. Li
  • Organizer: 2019 World Fuel Cell Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 新規固体電解質の開発を目指した金属ホウ素水素化物の合成 (2019)
  • Author(s): 李 海文
  • Organizer: 二次電池材料ワークショップ
  • Invited
• [Presentation] Facile Synthesis of Metal Boron Hydrides Using Decaborane (2018)
  • Author(s): H.-W. Li
  • Organizer: 16th International Symposium on Metal-Hydrogen Systems
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks]
  • URL: https://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K003922/index.html