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the structure and ionic conduction mechanism of self-organized layered double hydroxide gel

Research Project

Project/Area Number 21K05242
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 36020:Energy-related chemistry
Research InstitutionNagoya Institute of Technology

Principal Investigator

Noriyuki Sonoyama  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50272696)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山本 勝宏  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30314082)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywordsイオン導電体 / 層状複水酸化物 / ゲル / ゲル形成 / イオン導電率 / 微粒子 / クラスター / 水酸化物イオン導電体
Outline of Research at the Start

Mg, Al を含む層状水酸化物である層状複水酸化物(LDH)ナノ粒子のゲルを作成し、その構造とイオン導電性機構を解明することを目的とする。
1.MgAl LDH ゲルの構造解析 Mg-Al の比率を変えて LDH ゲルを作成し、その微細構造を、分光法により明らかにする。
2.LDH ネットワーク構造とイオン伝導機構の解明 LDH の濃度を変化させてゲルを合成する。LDH ナノ粒子ネットワーク構造を 解明する。
3.LDH ナノ粒子を用いた新規固体電解質の開発 得られた LDH ナノ粒子間イオン導電機構を利用した LDH ナノ粒子固体イオン導電体を設計する。

Outline of Final Research Achievements

The layered double hydroxide (LDH) gel can be easily prepared in a self-forming manner at room temperature and under air. X-ray diffraction and Raman measurements showed that the LDH gel is composed of LDH particles with the same crystal structure as LDH powder. Extended X-ray absorption fine structure measurements revealed that the gel is formed by interactions between LDH particles that involve the surrounding water. LDH gel also showed high ionic conductivity of up to 1.37×10-1 S/cm. This is thought to be due to the high speed movement of hydroxide ions through the network formed by water and LDH particles.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

層状複水酸化物(LDH)は、非常に高い水酸化物イオン導電性を示す。そのため、LDHゲルは、リチウムイオン電池の約2倍のエネルギー密度を持つ亜鉛空気二次電池の電解質として用いることが期待される。しかし、リチウム空気二次電池の電解質への応用は現時点では困難であった。今後克服すべき課題として、LDHゲルの物理的強度の改良・界面形成の最適化・セルの構成・充放電時の条件など多くのことを調整する必要がある。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Sodium Polyacrylate Hydrogel Electrolyte Hybridized with Layered Double Hydroxide for Solid-State NiCo/Zinc Battery2022

    • Author(s)
      Dedetemo Kimilita Patrick, Akira Karasawa, Noriyuki Sonoyama
    • Journal Title

      Journal of The Electrochemical Society

      Volume: 169 Issue: 4 Pages: 040559-040559

    • DOI

      10.1149/1945-7111/ac65b4

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electrochemical Property of Solid-State MnO2-Zn Battery with the Combination of Improved Cathode and Solid Electrolyte2022

    • Author(s)
      Patrick Dedetemo Kimilita, Yu Yoshimi, Noriyuki Sonoyama
    • Journal Title

      Journal of The Electrochemical Society

      Volume: 169 Issue: 8 Pages: 080527-080527

    • DOI

      10.1149/1945-7111/ac89b7

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Preparation of layered double hydroxide films using an electrodeposition and subsequent crystal growth method2022

    • Author(s)
      Noriyuki Sonoyama , Shizuka Yamada , Tomoki Ota , Haruna Inagaki , Patrick K. Dedetemo and Satoshi Yoshida
    • Journal Title

      Clay minerals

      Volume: 印刷中 Issue: 4 Pages: 284-291

    • DOI

      10.1180/clm.2022.8

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Mg-Al系層状複水酸化物のイオン導電性に及ぼす構造的影響2024

    • Author(s)
      内村 俊介、園山 範之、糟谷 啓仁、山口 弦希
    • Organizer
      電気化学会第91回大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 層状複水酸化物のイオン導電機構2023

    • Author(s)
      園山範之,山口弦希,糟谷啓仁
    • Organizer
      第66回粘土科学討論会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 構造を変更した層状複水酸化物の作成とそのイオン伝導機構の考察2023

    • Author(s)
      糟谷 啓仁、園山 範之、山口 弦希、内村 俊介
    • Organizer
      第54回 中部化学関係学協会支部連合秋季大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] イオン欠陥導入による層状複水酸化物中の水酸化物イオン移動過程の考察2023

    • Author(s)
      糟谷 啓仁、園山 範之、山口 弦希、内村 俊介
    • Organizer
      第49回固体イオニクス討論会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Structure and Ionic Conductivity for Layered Double Hydroxide Gel, July 28, 2022.2022

    • Author(s)
      N. Sonoyama, K. Ogata, G. Yamaguchi, K. Yamamoto
    • Organizer
      International Clay Conference 2022 (Istanbul, hybrid)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Structure and Ionic Conductivity for Gel Material Containing Nano Size Layered Double Hydroxide2022

    • Author(s)
      N. Sonoyama , K. Ogata , G. Yamaguchi , K. Yamamoto,
    • Organizer
      17th Asian Conference on Solid State Ionics (Nagoya, hybrid) September 13, 2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electrochemical Property of Solid-State Manganese Oxide-Zinc Battery Using Fluoride-Ion-Doped MnO2 and Polyacrylamide Hybridized with Layered Double Hydroxide2022

    • Author(s)
      P. K. Dedetemo, Y. Yoshimi, N. Sonoyama
    • Organizer
      17th Asian Conference on Solid State Ionics (Nagoya, hybrid) September 13, 2022.
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 層状複水酸化物を含むゲルの構造とイオン導電性2022

    • Author(s)
      園山範之, 緒方康平, 山本勝宏
    • Organizer
      第65回 粘土科学討論会 (島根) 2022年9月7日
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 遷移金属添加に起因する層状複水酸化物のイオン導電率変化2022

    • Author(s)
      園山 範之、山口 弦希、糟谷啓仁
    • Organizer
      第48回固体イオニクス討論会(仙台), 2022年12月6日
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 正極と電解質の特性改善を施した二酸化マンガンー亜鉛準固体電池の電池特性評価2022

    • Author(s)
      園山 範之、Patrick K. Dedetemo
    • Organizer
      第63回 電池討論会 (福岡) 2022年11月9日
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 構造安定性の向上を目指したMg-Al系層状複水酸化物ゲルの合成と電気化学特性評価2021

    • Author(s)
      吉見悠・緒方康平・Dedetemo Kimilita Patrick・園山範之
    • Organizer
      第52回 中部化学関係学協会支部連合秋季大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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