Development of high-voltage cathode materials for high-energy-density rechargeable potassium-ion batteries
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21K14730
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 36020:Energy-related chemistry
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
Masese Titus 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (70758466)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (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 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | カリウムイオン電池 / 二次電池 / 電極材料 / 電気化学 / 固体化学 / 物性論 / 数理物理学 / トポロジー / 正極材料 / 正極 / 高エネルギー密度 / 高電圧 |
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| Outline of Research at the Start |
カリウムイオン電池は、リチウムイオン電池に比類する高電圧と急速充放電特性が期待されており、その研究開発、特に正極材料においては近年、急激に加速している。しかし現状の酸化物系正極材料については、得られる電圧が必然的に低いため、高電圧・高エネルギー密度カリウムイオン電池としての候補正極にはなり得なかった。本研究では高電圧を発揮できる新規酸化物系正極材料の開発に取り組み、高エネルギー密度なカリウムイオン電池の創製に資する。
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| Outline of Final Research Achievements |
This research project entailed the development of new layered oxide cathode materials for 4V-class rechargeable potassium-ion batteries. Galvanostatic (dis)charge measurements confirmed the new layered oxides to display voltages nearing 4 V. Moreover, high-resolution transmission electron microscopy revealed various unique topological features (defects/disorders) intrinsic in the new layered oxide materials that have implications in the electrochemical performance. Further, we successfully developed a new high-voltage layered cathode material (NaKNi2TeO6) comprising alternating arrangements of both potassium and sodium atoms in its layered framework. Finally, we unveil the possibility of inducing mixed Na- and K-ion transport electrochemistry of NaKNi2TeO6 at high voltages (~ 4V), thus epitomising it as a competent cathode candidate for the emerging dendrite-free batteries based on NaK liquid metal alloy as anodes.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
高性能カリウムイオン電池の実現は高電位新規電極材料の開発が必須である。そこで4V 級カリウムイオン電池の創製を目指し、高電位系新規正極材料の研究開発を行った。得られた成果は、高電圧・高エネルギー密度カリウムイン蓄電池の実現に資するものであり、次世代の環境・エネルギー技術としての意義だけでなく、高電圧正極材料の反応機構 を解明する学術研究としての意義がある。
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Report
(3 results)
Research Products
(41 results)
