2018 Fiscal Year Research-status Report
高容量／高速充放電ナトリウムイオン電池を実現する負極炭素構造の解明
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17K06017
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
後藤 和馬 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (20385975)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 炭素材料 / 固体核磁気共鳴 / ナトリウムイオン電池 / 黒鉛層間化合物 / 負極 / ハードカーボン / グライム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成３０年度は、前年度より引き続き高温焼成炭素やヘテロ元素導入炭素のNa吸蔵サイトに関する構造解析、およびオペランドNa NMR分析法の開発を進めた。前年度までに得られた研究結果について複数の論文として出版した。
スクロースより作製された炭素について実験を行い、炭素化（熱処理）温度を変えることで炭素の内部細孔に吸蔵されるナトリウムクラスターの金属性が変化することを23Na NMRにより明らかにした。熱処理温度の上昇により炭素の内部細孔のサイズが拡大すると、細孔内に形成されるNaクラスターのサイズも大きくなり金属性が増すこと、2000℃熱処理炭素ではNaクラスターはほぼ金属と同じ状態となることを明らかにし、論文にまとめ出版した。
三元系黒鉛層間化合物（GIC）については、特に環状エーテルであるクラウンエーテルとナトリウム・カリウムが導入された化合物について、層内でのクラウンエーテルの運動状態をプロトン核（1H）NMRにより詳細に調べ、第一原理計算によるクラウンエーテル―金属錯体の安定構造に関する解析結果と併せることにより、層内における金属―クラウンエーテル錯体の構造を明らかにし、論文にまとめ出版した。
そのほか、ヘテロ元素導入炭素との比較のために検討している各種負極についてのNMR解析研究により、リン（P）負極中のNaの状態を明らかにし、論文にまとめ出版した。オペランドNMR測定については新たな設計の専用電池を開発して実験を行い、従来より2倍以上の検出感度を有する測定システムを構成した。平成３１年度以降は引き続き改良に取り組み、Na電池の負極解析に適用していく。
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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
ハードカーボン系炭素材料、黒鉛層間化合物系材料の両方について十分な成果を得ており、どちらも論文にまとめ出版した。また関連するリン電極についても論文として報告しており、順調に研究成果が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
前駆体の違いによる高温焼成時の細孔構造の差異やヘテロ元素導入炭素についての検討を現在実施中であり、今後も推進する。三元系GICではナトリウム以外のアルカリ金属導入化合物に対象を広げて研究を展開しており、黒鉛層内でのアルカリ金属／溶媒間、もしくはアルカリ金属／炭素層間の普遍的な相互作用を明らかにしていく。
オペランドNMR測定についても、新規設計の電池による実験を進める。
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[Journal Article] States of thermochemically or electrochemically synthesized NaxPy compounds analyzed by solid state 23Na and 31P nuclear magnetic resonance with theoretical calculation2019
Author(s)
Ryohei Morita, Kazuma Gotoh, Mouad Dahbi, Kei Kubota, Shinichi, Komaba, Kazuyasu Tokiwa, Saeid Arabnejad, Koichi Yamashita, Kenzo Deguchi, Shinobu Ohki, Tadashi Shimizu, Robert Laskowski, Hiroyuki Ishida
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Journal Title
J. Power Sources
Volume: 413
Pages: 418-424
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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