Project/Area Number |
21K14399
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Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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Research Institution | Tohoku University |
Principal Investigator |
石井 暁大 東北大学, 工学研究科, 助教 (90898438)
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Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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Keywords | ニトリドボレート / 共役π電子 / 窒化物 / 二次電池 / リチウムイオン電池 / 全固体電池 / 正極 / π電子系 / 共役系 |
Outline of Research at the Start |
本研究は、ガソリン車と競合できる電気自動車に必要なエネルギー密度500 Wh/kg以上の次世代全固体電池のための正極材料の開発を共役π電子系ニトリドボレートに注目して行う。密度汎関数理論に基づく第一原理計算を補助にしながら、窒素を含む化合物を自由度高く合成できる独自のイオンビーム支援パルス レーザー堆積装置で材料合成し、それを用いて全固体Li+二次電池を焼結せずにプレス成形のみで構築する。共役π電子の科学は、有機トランジスタ、有機EL、有機太陽電池など主に有機化学分野で結実してきたが、本研究では無機化学における共役π電子の機能性と理解の萌芽を目指す。
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Outline of Annual Research Achievements |
主な成果は次の2点である。 [1] ルチル型Li3BN2単相試料の合成に成功: 試料合成法を工夫し、XRDレベルでルチル型Li3BN2単相試料を合成した。昨年度までにアナターゼ型と単斜晶型の単相試料の作製に成功していたので、これで既知の全て多形について単相試料が揃った。なお、MAS-NMR分析ではBを含む微量の不純物があると示唆された。 [2] 元素欠陥を含むルチル型Li3BN2を合成: ルチル型Li3BN2へのC, Mg, S, Al, Si, Ga添加を、窒化物原料および単体原料などを用いて固相反応法で試みた。格子定数の変化 (べガード則) より、Siは少なくとも 5 mol%、Mg は6 mol% 程度固溶する と示唆された。固溶サイトについては密度汎関数理論に基づく第一原理計算を用いて現在調査中である。ACインピーダンス分光法で測定したS, Si, Mg添加試料の電気伝導度は、無添加試料と比較し10倍高かったが活性化エネルギーは変化しなかった。一方で、ヨウ素-アセトニトリル溶液を用いて作製したLi欠損試料は無添加試料と比較し黄色みを呈し、100倍以上高い電気伝導度を示し、活性化エネルギーも半減した。Li欠損試料はルチル型構造が維持されてたが、ICP-MS組成はLi2.2BN2となっていた。このLi欠損試料を用いて液系電池を作製したが、その充放電作動を支持する結果は得られなかった。その原因は現在調査中である。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
相を制御しながら安定的にLi3BN2を合成する技術を確立し、元素欠陥の導入により電気伝導性を向上させた点は計画通りである。
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Strategy for Future Research Activity |
ルチル型のみならずアナターゼ型Li3BN2についても元素欠陥の導入を試みる。欠陥導入により電気伝導性が向上した試料を用いて、引き続きLi3BN2を用いた電池の原理実証を試みる。
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