2017 Fiscal Year Research-status Report
機能化ナノカーボンによる高性能金属空気二次電池の構築
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17K07034
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| Research Institution | Kindai University |
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Principal Investigator |
湯浅 雅賀 近畿大学, 産業理工学部, 講師 (50404075)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 金属空気電池 / ナノカーボン / 酸素還元活性 / 酸素発生活性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属空気電池は空気中の酸素を正極活物質とするため高い理論エネルギー密度を有しており、大容量蓄電池を要する産業分野において大きな期待が寄せられている。しかし、現行の金属空気電池は充電を行うと、空気極を構成するカーボンブラックが酸化消耗するため、空気電池の充電反応は困難である。そこで申請者はカーボンに替わる電極材料を探索してきた。その中で最近、ナノカーボンの一種であるグラフェンが充電電流で消耗しない安定な材料であることを見出した。しかし、グラフェンは充電反応に対する活性が低いことが問題であることも判った。そこで本申請研究では、グラフェンへの異種元素ドープや触媒の担持によりグラフェンの充電反応活性を補うことで、充放電両方が可能かつ高性能な金属空気電池用空気極を構築する。
本年度は、グラフェンの合成とグラフェンへの異種元素ドープ方法について検討した。グラフェンの合成方法として、ボールミル装置を用いたメカノケミカル法を検討した結果、グラファイトを溶媒無しの条件下で大サイズのボールを用いてボールミル処理を行った結果、多層グラフェンをすることができ、グラフェンを合成可能な条件（ボールサイズ、回転速度、処理時間）を特定することができた。さらに、グラフェン合成時にメラミンを共存させることでグラフェンへの窒素ドープが可能となった。また、窒素ドープグラフェンを用いて空気極を作成し、酸素還元及び酸素発生特性を評価した結果、特に酸素発生活性が向上することが明らかとなった。
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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
当初、本年度内においてグラフェンのボールミル処理による合成と、グラフェンへの異種元素ドープが酸素還元および酸素発生活性に与える影響を調べる予定であり、予定していた内容をおおむね全て遂行することができたため、「(2)おおむねに順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの検討で、グラフェンへの窒素ドープがグラフェンの酸素発生活性を高めることができることがわかったため、今後は触媒担持によりグラフェンの酸素還元および酸素発生活性を高めるための検討を行う。まず、Ni系酸化物を中心に酸素発生活性の高い材料を、Mn系酸化物を中心に酸素還元活性の高い材料を選定し、選定した触媒をグラフェンに微細に担持する方法を検討する。
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