| Project/Area Number |
21F21036
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 外国 |
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| Review Section |
Basic Section 36020:Energy-related chemistry
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
佐々木 高義 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, フェロー (70354404)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
WANG CHENHUI 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2021-07-28 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
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| Keywords | 亜鉛電極 / 酸化チタンナノシート / レイヤーバイレイヤー累積 / 単層被覆 / サイクル特性 / 酸化物ナノシート / 亜鉛電池 / スピンコート法 |
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| Outline of Research at the Start |
２次元酸化物ナノシートを亜鉛電極表面にコーティングする溶液プロセスを確立する。静電的自己組織化を駆使することにより、基板表面にナノシートを稠密に配列し、これを繰り返すことで、厚みがナノメートルオーダーで制御されたコーティング膜を形成させる。さらにはその発展形としてナノシートを基板面に対して垂直配向させることや、複数のナノシートからなるヘテロ膜を形成することにも挑戦する。このようにして作製したナノシート被覆亜鉛基板を電極に用いて電気化学的充放電テストを行い、Zn2+イオンと適切に相互作用して平滑な亜鉛金属膜の形成を可能とする酸化物ナノシート膜を選定し、安定なサイクル特性の実現を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、受け入れホストがこれまでに確立した層状化合物の巨大水和膨潤－単層剥離プロセスに基づき、厚さ1~2 nmの遷移金属酸化物ナノシートが分散したコロイド溶液を合成した。特別研究員（Wang）は特にレピドクロサイト型酸化チタンナノシートの合成法を習得するとともに、これを高速遠心分離してナノシートを沈降させ、上澄の水溶液を除去して有機溶媒（DMSO）中に再分散させたサンプルを合成した。次に表面を研磨して平滑化した亜鉛金属板上にこのDMSO分散液を滴下し、適切な速度でスピンコートすることにより、横サイズ数μm×厚さ~1 nmの酸化チタンナナノシートがほとんど重なり、隙間を作ることなく稠密配列することを明らかにした。この酸化チタンナノシート単層膜で被覆された亜鉛板を電極として、亜鉛塩を含む水溶液中で充放電テストなど様々な電気化学測定を行いその電極特性を評価した。その結果、これまで亜鉛電池で大きな問題となっていたデンドライトの生成が大きく抑制され、サイクル寿命が従来の10倍以上に大幅に改善される効果があることが明らかになった。これはナノシートの隙間で亜鉛の堆積が始まり、ナノシートの表面に沿って亜鉛がラテラル成長するためであると考えられる。以上の結果は安全、安価な二次電池として期待されている亜鉛電池の実用化に大きな障害になっていた問題を解消するものであり、実用化に向けて大きな前進と評価できる。本成果については特許出願を済ませ、論文を投稿しているところである。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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