| Project/Area Number |
22K19077
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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 36:Inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
Yabu Hiroshi 東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (40396255)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
庄子 真樹 宮城大学, 研究推進・地域未来共創センター, 准教授 (70505073)
松尾 保孝 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (90374652)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
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| Keywords | バイオマス / 金属空気電池 / セルロースナノファイバー / 電極触媒 / 燃料電池 / ナノ血炭 / ビタミン血炭 / 電気化学触媒 / レアメタル代替 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、資源制約がなく、産業廃棄物として捨てられているバイオマス資源であるホヤ殻由来CNFと血粉を混合し、焼成してヘテロ元素ドープ炭素にすることで、高性能で安価なORR/OER両性触媒を実現することを目的とする。研究期間内に(1)CNFと血粉の混合比率と得られる炭素の組成制御、(2)組成とORR/OER電極触媒としての相関解明、および(3)金属空気二次電池への実装を行うことにより、次世代エネルギー材料の候補である高効率な金属空気二次電池の実現を目指す。
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| Outline of Final Research Achievements |
he purpose of this study was to develop a high-performance and cost-effective ORR/OER bifunctional catalyst by using heteroatom-doped carbon derived from a mixture of CNF from ascidian shells, a biomass resource discarded as industrial waste, and blood meal. The nanoblood carbon catalyst was prepared by mixing CNF from ascidian shells, dried blood meal, and vitamin B12 (cyanocobalamin), followed by calcination. This catalyst was then mixed with a binder and dispersed in a solvent to develop a cathode material. Using a cell created with a 3D printer, demonstration experiments were conducted to test its performance as a cathode catalyst in a zinc-air battery. The results proved that the carbon alloy catalyst provided sufficient discharge performance and short-term charge-discharge characteristics.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究の学術的意義は、ナノ血炭触媒が、酸素還元反応(Oxygen Reduction Reacyion, ORR)触媒としての機能と、酸素発生反応(Oxygen Evolution Reaction, OER)触媒としての両方の特性を持つことに起因することを明らかとしたことである。このことはホヤ殻由来のバイオマス由来材料から作製した正極触媒が、金属空気電池の触媒として十分機能することを示した初めての例である。社会的な意義は、廃棄されるバイオマスから、機能性材料を創製する一つの例となることであり、資源循環社会の実現に貢献する。
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