| Project/Area Number |
23K21118
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| Project/Area Number (Other) |
21H01945 (2021-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 34010:Inorganic/coordination chemistry-related
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石崎 学 山形大学, 理学部, 准教授 (60610334)
安東 秀峰 山形大学, 理学部, 准教授 (00754946)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
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| Keywords | プルシアンブルー / 配位高分子 / ナノ粒子 / カーボンナノチューブ / 二次電池 / 薄膜 / イオン拡散 / ナノ結晶 / エレクトロニクス / エレクトロイオニクス / イオニクス / 半導体 / ナノ薄膜 / 電子伝導 |
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| Outline of Research at the Start |
カーボンナノチューブ(CNT)を用い、プルシアンブルー(PB)とその類似体(PBA)ナノ結晶からなる薄膜・積層構造・独立分散構造体などを自在に設計・構築する。CNTの光透過・物質透過性・高導電性を活かし、ナノ結晶の電子・イオン伝導挙動を系統的に解析し、配位高分子ナノ結晶のエレクトロ・イオニクスを展開する。最終年度の概要は、ナノ結晶が独立してSWNTと絡まった独立分散構造体を用いることで、結晶同士の接合界面の影響を排除し、その酸化還元に伴うアルカリ金属イオンの拡散挙動を追跡する。これを正極に用いてPB、PBAナノ結晶に留まらない亜鉛二次電池の超高速充放電とイオン拡散の機構を明らかにする。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, we have explored the electronics/ionics based on conjugated functions of redox, electron/hole conduction, and diffusion of alkali metal ions using nanoparticles of Prussian blue and its analogs (PBA). A unique cathode structure of independently acting PBA nanoparticles without their serious aggregation via conductive networks of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) has been developed. By constructing secondary batteries composed of the Na+-(de)insertion cathode and a zinc-metal anode, ultrahigh-rate charge-discharge at 1000 C (3.6 sec) has been realized. In the cathode structure, each nanoparticle can sufficiently contact with an electrolyte solution to shorten ion-diffusion lengths for Na+, and simultaneously, the electron/hole conduction between the nanoparticles and SWCNTs is very smooth.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
金属亜鉛を負極とする二次電池はリチウムイオン二次電池のような発火・爆発の危険性がなく、電極材料して地政学的資源リスクの小さい金属元素を用いることができる利点がある。特に、金属資源に恵まれない我が国では、自然災害に強い金属亜鉛による電気エネルギー蓄積・循環システムの構築が期待されている。本研究では、その亜鉛イオン二次電池として超高速充放電を可能とする動作原理として「活物質としてナノ粒子を独立させること」を着想し、その新しい正極構造の開発に成功した。本成果は、太陽光や風力など自然エネルギーによる発電量変動の平準化にも重要な役割を果たす高速二次電池の今後の開発に繋がる。
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