| Project/Area Number |
22K18802
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
Toko Kaoru 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (30611280)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 二次電池 / グラフェン |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、軽くてやわらかい次世代型二次電池「フレキシブル全固体薄膜電池」を提案するとともに、その負極となるグラファイト膜（多層グラフェン）の低温合成技術を構築する。グラフェンの配向性を制御した「バーティカル・グラフェン構造」を検討し、リチウムイオンのインターカレーション（挿入・脱離）サイトを飛躍的に増大させることで、低温合成膜でありながら優れた負極性能を得ることを目的とする。
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| Outline of Final Research Achievements |
This study proposes a next-generation lightweight and flexible secondary battery, the flexible all-solid-state thin-film battery, and aims to overcome the key bottleneck--namely, the anode--through the development of an innovative structure and the establishment of a new theoretical framework. Specifically, the research targets the formation of a vertical graphene structure, in which Li-ion conduction occurs perpendicular to the film plane. As a result, it was discovered that vertical graphene can be self-organized through the appropriate selection of underlying materials during the layer-exchange synthesis of multilayer graphene. Furthermore, it was demonstrated that this vertically aligned structure exhibits significantly higher charge-discharge performance compared to conventional multilayer graphene aligned parallel to the substrate.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究では、多層グラフェン層の配向を制御する独自技術を基軸とし、Liイオンが膜面に垂直に移動できる革新的な「バーティカル・グラフェン負極」を創出した。これにより、従来困難であった高速充放電と柔軟性を両立する全固体薄膜電池の実現に道を拓いた。構造制御と電池特性の相関を体系化する研究は始まったばかりだが、材料科学の新たな学理構築に貢献するとともに、ウェアラブル機器やIoTデバイスに適した次世代電源として社会実装が期待される。
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