| Project/Area Number |
23K04919
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 36020:Energy-related chemistry
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| Research Institution | Kindai University |
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Principal Investigator |
湯浅 雅賀 近畿大学, 産業理工学部, 教授 (50404075)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 大容量蓄電池 / 酸素還元反応 / 酸素発生反応 / 炭素材料 / メカノケミカル反応 / グラフェン |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、メカノケミカルグラフェン（メカノケミカル反応により生成するグラフェン）について、酸素還元反応と酸素発生反応の両方に高い活性を示すための材料設計を行う。具体的には、研究代表者のこれまでの知見を踏まえて、メカノケミカルグラフェンについて、「①酸素発生活性が活性点数の影響を受けない現象の追究と、最適なOER活性点の設計」と「②メカノケミカル処理に伴うグラフェン凝集の抑制」の２つに取り組む。①により酸素発生活性の向上が、②により酸素還元活性の向上が期待される。本研究の達成により、簡便かつ大量に合成可能な材料による金属空気電池や可逆燃料電池のエネルギー効率の向上が期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
酸素還元反応（ORR）と酸素発生反応（OER）は燃料電池、水電解、二酸化炭素還元、金属空気電池、可逆燃料電池などに利用される重要な電気化学反応である。研究代表者はこれまでに、グラファイトのメカノケミカル反応により生成するグラフェン（メカノケミカルグラフェン）をORR-OER二元機能電極材料として検討し、その過程において、メカノケミカルグラフェンは長時間のメカノケミカル処理で凝集し、活性点の数が減少するという課題を見い出した。そこで本研究では、メカノケミカルグラフェンの凝集を抑制することに取り組む。また、ORRとOERを効率よく進行させるためには、電極材料上の活性点の数だけでなく活性点１つ１つの質も重要である。そこで本研究では、メカノケミカルグラフェンの欠陥制御や異種元素のドープによる活性点の質の向上についても検討を行う。
メカノケミカルグラフェンの凝集抑制について、今年度はグラファイトのメカノケミカル処理時に凝集抑制剤を添加することに取り組んだ。凝集抑制剤としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、グルコースを検討した。その結果、塩化ナトリウムと塩化カリウムを利用した場合において凝集抑制効果が得られ、メカノケミカルグラフェンの比表面積が向上し、ORR-OER二元機能活性も向上した。特に、塩化ナトリウムとグラファイトの質量比が1：2のときに、最も高い効果が得られた。グルコースを凝集抑制剤に用いた場合はメカノケミカル反応が進行せず、グルコースはメカノケミカル反応によるグラフェン生成の進行を阻害することがわかった。
また一方で、メカノケミカルグラフェンなどの炭素材料にける活性点の質を向上するために、炭素材料の金属化合物共存下での熱処理を検討した結果、鉄化合物（塩化物あるいは酸化物）共存下での熱処理がORR活性向上に有効であることがわかった。
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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
メカノケミカルグラフェンの凝集抑制方法の探索において、凝集抑制効果のある物質を、当初の予定どおり令和５年度中に見出すことができたため。また、活性点の質の向上の検討においても、新しい方法を見い出すことができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
グラフェンの凝集抑制については、塩化ナトリウム以外の、凝集抑制効果を有する物質を探索する。探索においては、令和5年度に検討した固体だけでなく、液体についても調査対象とする。活性点の質の向上の検討においては、異種元素のドープ効果（ドープ元素の種類、量、導入方法など）の調査を実施する。
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