2015 Fiscal Year Research-status Report
結晶構造学的理解が拓く新しい有機電極活物質デザイン
| Project/Area Number |
15K14153
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
本間 格 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (90181560)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永村 直佳 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 研究員 (40708799)
笘居 高明 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (80583351)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | エネルギー / 結晶工学 / ナノ材料 / 有機結晶 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
エネルギー貯蔵デバイス分野においても、近年有機材料の電極活物質への適用が積極的に検討されている。しかしFETなどの電子デバイスにおいて結晶構造との相関設計が奏功しているのに対し、電池分野では、充放電特性の有機結晶構造依存性の議論は僅少である。本研究では、無機材料を中心に確立されてきた結晶材料構造学に基づく、有機系電極活物質の理解とエネルギー貯蔵デバイスの大容量化を目的とする。
まずアントラキノン(AQ)を活物質とした水系電気化学キャパシタにおいて、その劣化時における結晶状態変化をin-situ XRDにて追跡したところ、、電解液への溶解・再析出によって生じる結晶成長(肥大化)がその原因であることが明らかとなった。本結晶で目的とする結晶構造制御による有機電極活物質の特性向上のためには、このような充放電による構造変化以外の要因を排除できる系を作製し解析する必要がある。そこで本年度は、電極をプロトン伝導性高分子であるNafionで被膜して電解液との直接接触を避けることで、電解液への溶解・再析出によって生じる結晶成長の抑制を図った。
その結果、Nafion膜のない電極では、充放電サイクルによってAQ結晶が大きく成長し、容量が大きく劣化したのに対し、Nafion被膜した電極では電解液への溶出と結晶成長が抑制され、容量劣化が抑制された。この結果は本研究の目的とする有機活物質の結晶構造制御に不可欠な技術であると同時に、液体との接触界面の制御が有機系電極活物質のエネルギー貯蔵デバイス応用に対し有効であることを示すものである。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画においては、初年度（本年度）に異なる結晶構造を持つ有機電極活物質の検討・作製を、次年度にin-situ分析による結晶構造変化追跡システムの構築を行う予定であった。しかしながら活物質検討に先立ち、活物質電解液界面での溶出抑制を検討する必要が出てきたため、次年度に予定したin-situ分析を先行させた。当初検討項目の実施順序の変更はあったが、本年度において、in-situ分析による結晶構造変化追跡システムの構築を行うことが出来たため、全体としては概ね順調に進展していると判断される。
|
| Strategy for Future Research Activity |
当初計画において初年度に予定していた、異なる結晶構造を持つ有機電極活物質の検討・作製を進める。この際本年度の研究において得られた液体との接触界面の制御の知見を元に、充放電による構造変化以外の要因を排除できる系を作製し、結晶材料構造学に基づく、有機系電極活物質の理解とエネルギー貯蔵デバイスの大容量化を推し進める。
|
| Causes of Carryover |
当初検討項目の実施順序の変更に伴う使用額の変更である。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当初計画において初年度に予定していた、異なる結晶構造を持つ有機電極活物質の検討・作製を進める。この際本年度の研究において得られた液体との接触界面の制御の知見を元に、充放電による構造変化以外の要因を排除できる系を作製し、結晶材料構造学に基づく、有機系電極活物質の理解とエネルギー貯蔵デバイスの大容量化を推し進める。
|
Research Products
(6 results)
