Intercalation of metals into B/C/N compounds and application to energy storage

• Project/Area Number: 23350103
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Inorganic industrial materials
• Research Institution: Osaka Electro-Communication University
• Principal Investigator: KAWAGUCHI Masayuki 大阪電気通信大学, 工学部, 教授 (10268295)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): ENOMOTO Hiroyuki 大阪電気通信大学, 工学部, 教授 (10213563) ; MURAMATSU Yasuji 兵庫県立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50343918)
• Research Collaborator: HÉROLD Claire CNRS, Nancy, Senior researcher
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥14,820,000 (Direct Cost: ¥11,400,000、Indirect Cost: ¥3,420,000); Fiscal Year 2014: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2013: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2012: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2011: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
• Keywords: 層状化合物 / インターカレーション / １族・２族金属 / エネルギー貯蔵 / 電池 / 光触媒 / 1族・2族金属 / 層状・層間化合物 / 二次電池 / 超伝導 / 1族金属 / 2族金属

Outline of Final Research Achievements

The compound with a composition BC2N has been prepared by chemical vapor deposition method. Sodium (Na) can be intercalated into BC2N by electrochemical method. The reversible capacity was 190 mAh/g. The interesting point was that the intercalation proceeded with the formation of stage structures. From these results, B/C/N compound will be one of the candidates of anode of Na ion batteries.
Magnesium (Mg) has been intercalated into BC2N by using a vapor phase method. This is the first example of the Mg intercalation into graphite-like layered compounds. The intercalation mechanism has been explained by the relation between the ionization potentials of metals and the electron affinities of host compounds.

Research Products

• [Journal Article] The Role of Boron in B/C/N and B/C Materials as an Anode of Sodium Ion Batteries (2015)
  • Author(s): K. Yamada, H. Ishikawa, C. Kamiwaki, M. Kawaguchi
  • Journal Title: Electrochemistry Volume: 83
  • NAID: 130005074249
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Heteroatom-substituted carbon alloys for use in energy conversion and storage systems (2015)
  • Author(s): M.Kawaguchi
  • Journal Title: Tanso Volume: No.267 Pages: 84-93
  • NAID: 130005067305
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] ダイヤモンド類似構造を有するホウ素/炭素系薄膜の作製 (2014)
  • Author(s): 川口雅之、辻合賢記、平井智博、木本雄大、大野宣人、榎本博行、村松康司
  • Journal Title: 大阪電気通信大学研究論集（自然科学編） Volume: 第49号 Pages: 1-7
  • NAID: 40020477164
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] B/C/N系およびC/N系ヘテロ原子置換型炭素材料の作製、物性と応用 (2013)
  • Author(s): 川口雅之
  • Journal Title: 炭素 Volume: No.258 Pages: 165-170
  • NAID: 10031183870
• [Journal Article] 自然エネルギー利用のための蓄電技術と材料 (2013)
  • Author(s): 川口雅之
  • Journal Title: 設計工学 Volume: 48 Pages: 320-325
  • NAID: 10031184294
• [Journal Article] ホウ素/炭素/窒素系グラファイト様層状化合物の作製と応用 (2013)
  • Author(s): 川口雅之
  • Journal Title: ケミカルエンジニアリング Volume: 58 Pages: 685-691
• [Journal Article] 省エネ志向型伝導性層状無機/有機ナノハイブリッドの合成と特性評価 (2013)
  • Author(s): 榎本博行、吉田直樹、神田力哉、出口達樹、伊藤真央、川口雅之
  • Journal Title: FERI ACTIVITY REPORT 2012、大阪電気通信大学 Volume: 23 Pages: 53-57
• [Journal Article] Intercalation of magnesium into a graphite-like layered material of composition BC_2N (2012)
  • Author(s): M.Kawaguchi, A.Kurasaki
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: (Accepted) Issue: 55 Pages: 6897-6899
  • DOI: 10.1039/c2cc31435e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] グラファイト様層状化合物BC_2Nへのナトリウムのインターカレーション (2011)
  • Author(s): 山田、倉崎、川口
  • Journal Title: 炭素 Volume: No.249 Pages: 161-167
  • NAID: 10029546832
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 二次電池負極として期待されるヘテロ原子置換型炭素材料 (2015)
  • Author(s): 川口雅之
  • Organizer: 大阪電気通信大学・エレクトロニクス基礎研究所・ワークショップ
  • Place of Presentation: 大阪府、寝屋川市、大阪電気通信大学 駅前キャンパス
  • Year and Date: 2015-02-13
• [Presentation] ヘテロ原子置換型カーボンアロイの作製と電子状態、およびエネルギー分野への応用 (2014)
  • Author(s): 川口雅之
  • Organizer: 日本化学会東海支部 平成26年度名古屋コンファレンス「未来を動かす電子移動化学」
  • Place of Presentation: 愛知県、名古屋市、名古屋工業大学 講堂会議室
  • Year and Date: 2014-12-12
  • Invited
• [Presentation] CVD法によるB/C/N系およびC/N系ヘテロ原子置換型炭素材料の作製と応用 (2014)
  • Author(s): 川口雅之
  • Organizer: 第59回CVD研究会
  • Place of Presentation: 愛知県、犬山市、犬山館
  • Year and Date: 2014-08-27 – 2014-08-28
  • Invited
• [Presentation] Hetero-atom Substituted Carbon Alloys for Energy Conversion and Storage (2014)
  • Author(s): M. Kawaguchi
  • Organizer: The 4th German-Japanese Joint Symposium on Carbon materials
  • Place of Presentation: Conference Hall, Hokkaido University, Sapporo, Hokkaido
  • Year and Date: 2014-07-07 – 2014-07-08
  • Invited
• [Presentation] Intercalation of Calcium into a Graphite-Like Layered Material of Composition BCxN (2 < x < 4) (2014)
  • Author(s): H. Ishikawa, M. Kawaguchi, M. Fauchard, S. Cahen, C. Herold, A. Nakasuga, S. Nozato, T. Wada, A. Fujiwara
  • Organizer: Carbon 2013
  • Place of Presentation: International Convention Center, Jeju, Korea
  • Year and Date: 2014-06-29 – 2014-07-04
• [Presentation] グラファイト様層状化合物BCxNおよびBxCへのNaの電気化学インターカレーションと負極特性 (2014)
  • Author(s): 山田薫、川口雅之
  • Organizer: 日本化学会第94回春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] ホウ素/炭素系層状化合物の作製とナトリウムイオン二次電池負極特性 (2014)
  • Author(s): 神脇力、綛田敬之、川口雅之
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] 液体合金法を用いたBCXN(2<x<4)に対する2族金属のインターカレーション (2014)
  • Author(s): 石川弘通、川口雅之、M.Fauchard、S. Cahen、C. Herold
  • Organizer: 第40回炭素材料学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] B/C/N系およびC/N系ヘテロ原子置換型炭素材料の作製と応用 (2014)
  • Author(s): 川口雅之
  • Organizer: 第111回黒鉛化合物研究会および平成26年度第1回キャパシタ技術委員会
  • Place of Presentation: 関西大学100年記念館
  • Invited
• [Presentation] Intercalation of Ca and Mg into B/C/N Materials by Using Liquid Alloys (2013)
  • Author(s): M. Kawaguchi, H. Ishikawa, M. Fauchard, S. Cahen, C. Herold
  • Organizer: The 40th Ann. Meet. Carbon Soc. Jpn.
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
• [Presentation] Preparation and Characterization of Diamond-like Thin Film Containing Boron (2013)
  • Author(s): Y. Tsujiai, M. Kawaguchi, N. Ohno, Y. Muramatsu
  • Organizer: Int. Conf. on Diamond and Carbon Materials 2013
  • Place of Presentation: Riva del Garda, Italy
• [Presentation] Photo Catalytic Behavior of Carbonaceous Material Containing Nitrogen (2013)
  • Author(s): M. Kawaguchi, Y. Ishida
  • Organizer: Carbon2013
  • Place of Presentation: Rio de Janeiro, Brazil
• [Presentation] Photo Catalytic Behavior of Carbonaceous Material Prepared from Chitin (2013)
  • Author(s): Y. Ishida, M. Kawaguchi
  • Organizer: Carbon2013
  • Place of Presentation: Rio de Janeiro, Brazil
• [Presentation] Preparation and Electrochemical Characterization of Boron/Carbon Material as an Anode of Sodium Ion Battery (2013)
  • Author(s): T. Kaseda, M. Kawaguchi
  • Organizer: Carbon2013
  • Place of Presentation: Rio de Janeiro, Brazil
• [Presentation] Preparation and Properties of Magnesium Intercalated BC2N (2013)
  • Author(s): M. Kawaguchi, H. Ishikawa, H. Enomoto, Y. Muramatsu
  • Organizer: ISIC17
  • Place of Presentation: Sendai, Japan
• [Presentation] Intercalation of Lithium and Sodium into Boron/carbon Material by Electrochemical Method (2013)
  • Author(s): T. Kaseda, M. Kawaguchi
  • Organizer: ISIC17
  • Place of Presentation: Sendai, Japan
• [Presentation] Intercalation of Sodium into Graphite-like Layered Material BC2N by Electrochemical Method (2013)
  • Author(s): K. Yamada, M. Kawaguchi
  • Organizer: ISIC17
  • Place of Presentation: Sendai, Japan
• [Presentation] 窒素含有炭素材料の光触媒特性を利用した水電解 (2013)
  • Author(s): 石田有紀, 川口雅之
  • Organizer: 第40回炭素材料学会年会
  • Place of Presentation: 京都教育文化センター
• [Presentation] ホウ素/炭素系層状化合物の作製とナトリウムイオン二次電池負極特性 (2013)
  • Author(s): 神脇力、綛田敬之、川口雅之
  • Organizer: 第40回炭素材料学会年会
  • Place of Presentation: 京都教育文化センター
• [Presentation] 液体合金法を用いたB/C/N材料へのMgとCaのインターカレーション (2013)
  • Author(s): 石川弘通、川口雅之、M.Fauchard、S. Cahen、C. Herold
  • Organizer: 第40回炭素材料学会年会
  • Place of Presentation: 京都教育文化センター
• [Presentation] ホウ素/炭素系層状化合物の作製とLiの電気化学インターカレーション (2013)
  • Author(s): 神脇力、綛田敬之、川口雅之
  • Organizer: 炭素材料学会第51回夏季セミナー
  • Place of Presentation: メイプルイン幕張、千葉
• [Presentation] Mgをインターカレートした層状化合物BC2Nの電子状態 (2013)
  • Author(s): 石川弘通、川口雅之
  • Organizer: 第26回DV-Xα研究会
  • Place of Presentation: 京都・龍谷大学大宮キャンパス
• [Presentation] グラファイト様層状化合物BC2NへのNaの電気化学インターカレーションと負極特性 (2013)
  • Author(s): 山田薫
  • Organizer: 日本化学会第93回春季年会
  • Place of Presentation: 滋賀
• [Presentation] ホウ素/炭素系グラファイト様層状化合物の作製 (2013)
  • Author(s): 綛田崇敬
  • Organizer: 日本化学会第93回春季年会
  • Place of Presentation: 滋賀
• [Presentation] Electrochemical properties of graphite-like layered material BC2N as an anode of sodium ion batteries (2012)
  • Author(s): M. Kawaguchi
  • Organizer: Carbon2012
  • Place of Presentation: Krakaw, Poland
• [Presentation] Intercalations of sodium and magnesium into graphite-like layered material BC2N (2012)
  • Author(s): M. Kawaguchi
  • Organizer: 3rd German-Japanese Joint Symposium
  • Place of Presentation: Berlin, Germany
• [Presentation] Effect of electrolytes on intercalation of sodium into BC2N by electrochemical method (2012)
  • Author(s): K.Yamada
  • Organizer: Carbon2012
  • Place of Presentation: Krakaw, Poland
• [Presentation] Mg-BC2N層間化合物の化学結合状態と電気特性 (2012)
  • Author(s): 川口雅之
  • Organizer: 第39回炭素材料学会年会
  • Place of Presentation: 長野
• [Presentation] グラファイト様層状化合物BC2Nへのナトリウムの電気化学インターカレーションと負極特性 (2012)
  • Author(s): 山田薫
  • Organizer: 第39回炭素材料学会年会
  • Place of Presentation: 長野
• [Presentation] ホウ素/炭素系グラファイト様層状化合物の作製 (2012)
  • Author(s): 綛田崇敬
  • Organizer: 第39回炭素材料学会年会
  • Place of Presentation: 長野
• [Presentation] ヘテロ原子置換型カーボンアロイの作製と環境・エネルギー分野への応用 (2012)
  • Author(s): 川口
  • Organizer: 第16回関西大学先端科学技術シンポジウム
  • Place of Presentation: 関西大学(招待講演)
• [Presentation] グラファイト様層状化合物BC_2Nへのマグネシウムのインターカレーションと層間化合物の比抵抗 (2012)
  • Author(s): 川口、倉崎
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会
  • Place of Presentation: 慶応大学
• [Presentation] グラファイト様層状化合物BC_2Nへのナトリウムの電気化学インターカレーションに及ぼす電解質の影響 (2012)
  • Author(s): 山田、川口
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会
  • Place of Presentation: 慶応大学
• [Presentation] 自然エネルギー利用のための蓄電技術と材料 (2011)
  • Author(s): 川口
  • Organizer: 大阪電気通信大学・創立50周年記念公開講座
  • Place of Presentation: 大阪電気通信大学
  • Year and Date: 2011-12-03
• [Presentation] Intercalation of Magnesium into B/C/N materials based on the graphite network (2011)
  • Author(s): M.Kawaguchi, K.Yamada, A.Kurasaki
  • Organizer: Carbon2011
  • Place of Presentation: Shanghai, China
• [Presentation] Intercalation of Magnesium into Graphite-like Layered Material of Composition BC_2N by Vapor Phase Reaction (2011)
  • Author(s): A.Kurasaki, M.Kawaguchi
  • Organizer: Carbon2011
  • Place of Presentation: Shanghai, China
• [Presentation] グラファイト様層状化合物BC_2Nへのマグネシウムのインターカレーション (2011)
  • Author(s): 川口、倉崎
  • Organizer: 第38回炭素材料学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] グラファイト様層状化合物BC_2NへのNaの電気化学インターカレーションに及ぼす電解質の影響 (2011)
  • Author(s): 山田、川口
  • Organizer: 第38回炭素材料学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] マグネシウムをインターカレートしたBC_2Nの空気中安定性と電気特性 (2011)
  • Author(s): 倉崎、川口
  • Organizer: 第38回炭素材料学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] B/C/N系層状化合物の電子状態とエネルギー貯蔵への応用 (2011)
  • Author(s): 川口
  • Organizer: 第19回エレクトロニクス基礎研究所シンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪電気通信大学
• [Book] カーボン材料実験技術（製造・合成編）‐クラシッカーボンからナノカーボンまで‐ (2013)
  • Author(s): 阿久沢昇、鏑木裕、川口雅之、白石壮志、曽根田靖、編（炭素材料学会「連載講座」編集委員会）
  • Total Pages: 340
  • Publisher: 国際文献社
• [Remarks] 大阪電気通信大学 川口研究室
  • URL: http://www.osakac.ac.jp/labs/kawaguti/
• [Remarks] 大阪電気通信大学 教員情報データベース 川口雅之
  • URL: https://research.osakac.ac.jp/index.php?%E5%B7%9D%E5%8F%A3%E3%80%80%E9%9B%85%E4%B9%8B
• [Remarks] 大阪電気通信大学 教員情報データベース
  • URL: https://research.osakac.ac.jp/index.php?%E5%B7%9D%E5%8F%A3%E3%80%80%E9%9B%85%E4%B9%8B
• [Remarks] 大阪電気通信大学 川口研究室
  • URL: http://www.osakac.ac.jp/labs/kawaguti/
• [Remarks] 大阪電気通信大学 教員情報データベース
  • URL: https://research.osakac.ac.jp/index.php?%E5%B7%9D%E5%8F%A3%E3%80%80%E9%9B%85%E4%B9%8B
• [Remarks] 大阪電気通信大学 川口研究室
  • URL: http://www.osakac.ac.jp/labs/kawaguti/
• [Remarks]
  • URL: http://www.osakac.ac.jp/labs/kawaguti/