2016 Fiscal Year Research-status Report
ルチル型酸化チタンが拓くナトリウムイオン電池の負極活物質創製
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16K05954
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
薄井 洋行 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60423240)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ナトリウムイオン電池 / ルチル型酸化チタン / 不純物ドープ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで研究代表者は，特異なLi拡散能（c軸異方性）を有し，圧倒的に低コストでもあるルチル型酸化チタン（Rutile TiO2）に着目してきた．その合成にはゾル－ゲル法を用いており，粒子サイズに対する結晶子サイズの割合を高めること，およびNbをドープすることで，実用化された実績を有するLi4Ti5O12負極をしのぐ高速充放電性能を引き出せることを見出してきた．これは，TiO2負極の電子伝導性が向上したことに加え，その粒子の内部にまでLiが容易に拡散できるようになったためと考えられる．他方，このNb-doped TiO2はLIBだけでなくナトリウムイオン電池（NIB）の負極としても良好な性能を示すことを発見している．そこで，本年度の研究では，より高い結晶性の試料を得るために水熱合成法を採用し，調製した試料のNIB負極特性を調べた．その結果，ゾル－ゲル法の場合の３倍以上の結晶子サイズ（結晶性）を有する試料が得られ，特に，反応時間が6 hの場合に最も結晶性が高くなることがわかった．一方，粒子サイズは3 hから6 hにかけて増大し，それ以上の反応時間では変化が見られなかった．反応時間6 hの試料からなる電極が最も良好な性能を示した．反応時間が3 hのときはTiO2へのNbのドープ量が少ないため，6 hの場合の電極に劣る性能を示すことがわかった．他方，反応時間を12 hに延ばした場合においても性能の改善は見られなかった．これは，TiO2の結晶性が低下し，粒子の内部にまでNaが拡散しにくくなったためと考えられる．反応時間6 hで合成した場合の電極は，Nbが充分にドープされ，結晶性と粒子サイズのバランスが最も良かったため，良好な性能を示したものと推察される．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究課題の最重要項目である，『TiO2の結晶構造の制御による負極性能の改善』について極めて重要な知見を得ることができたため．この成果を既に論文や学会等で発表している．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究成果をもとにして，さらなる負極性能の向上を目指すとともに，他の試料調製法や不純物元素のドーピングについても検討したい．
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| Causes of Carryover |
情報収集を予定していた学会等に招待講演として招かれたため，当初予定していた金額よりも少ない旅費で学会出張を行えたため．また，実験を順調に進めることができたことで，試薬費用の節約に成功したため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の試薬代や国際学会の旅費等に使用したいと考えている．
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