2018 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of Mechanism of Intercalation of Metals into Carbon-related Materials and Application to Next Generation Batteies
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15H03852
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| Research Institution | Osaka Electro-Communication University |
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Principal Investigator |
川口 雅之 大阪電気通信大学, 工学部, 教授 (10268295)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
榎本 博行 大阪電気通信大学, 工学部, 教授 (10213563)
松尾 吉晃 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (20275308)
村松 康司 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (50343918)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 二次電池 / 炭素質材料 / インターカレーション / 機構解明 / 負極材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、ホストの炭素質材料に対するゲスト金属の挿入(インターカレーション)機構を解明し、次世代エネルギー貯蔵用二次電池負極材料を開発することを目的としている。ここで炭素質材料とは、層状構造でホウ素/炭素/窒素から成るB/C/N材料、ホウ素/炭素から成るB/C材料、および低結晶性カーボンを示している。
平成30年度は、代表者の川口と大学院生は様々な組成のB/C材料を作製し、その材料に対し電気化学法でLiイオンのインターカレーションの可逆性を検討し、B/C材料がグラファイトより可逆容量が大きく（最大600 mAh/g）、インピーダンス測定でB/C材料の電荷移動抵抗がグラファイトより小さいことを確認した。また、電気化学法で得られた層間化合物について、共同研究先の岡山大学で固体NMR測定を行い、Liが材料中のホウ素に電子を供与し相互作用していることを確認した。
一方、研究分担者の松尾は、酸化黒鉛の熱還元で得たグラフェンライクグラファイト（GLG）がグラファイトより可逆容量が大きく、グラフェン類似の挙動を示し、Liのインターカレーションが高電位からステージ構造を形成して起こることを見出した。
また、研究分担者の村松と川口らは、軟X線吸収分光法で測定したX線吸収端構造（XANES）と、第一原理計算DV-Xα分子軌道法を用いて算出した電子状態密度を比較した結果、B/C材料の伝導帯の底のエネルギーがグラファイトより低い要因が、同一網面内にあるホウ素と炭素が結合してできる混成軌道のLUMOの低エネルギーシフトのためであることを見出した。これより、B/C材料がアルカリ金属や2族金属をインターカレートする有望なホスト材料になると考えた。
これらの成果について、論文2報を掲載し、川口は2018年7月の国際会議でKeynote講演および2019年3月日本でのSymposiumで依頼講演を行った。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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