2019 Fiscal Year Research-status Report
遷移金属硫化物の電析およびエネルギーデバイスに向けた構造制御
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18K04949
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| Research Institution | Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
池田 慎吾 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 主任研究員 (60511152)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 靖之 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 主任研究員 (00416330)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 硫化モリブデン / 電析 / 薄膜電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
硫化モリブデン薄膜を電析法により成膜する手法を確立し、作製した薄膜をリチウムイオン電池用電極や水素製造用電極などのエネルギーデバイスへ応用するための構造最適化について検討することを目的とし、研究を行った。
支持電解質に硫酸リチウムを用い、電析温度を増大させることにより、析出皮膜中の硫黄／モリブデン比が3.7から4.5へ増大することが分かった。この知見に基づき、硫黄／モリブデン比が異なる硫化モリブデン薄膜を作製し、グライム系電解液を用いたリチウムイオン電池（リチウム箔を対極としたハーフセル）における正極特性を評価した。その結果、標準条件において得られる硫黄／モリブデン比（4.2）付近を除き、得られた膜は十分なリチウムイオン電池正極特性を示さなかった。その原因として、薄膜の密着性が悪く、初期の充放電反応過程において、正極活物質である硫化モリブデン薄膜が剥離し、集電箔から脱落している可能性が高いことが判明した。
標準条件において作製した硫化モリブデン皮膜を用い、新たに高分子電解質膜を使ったリチウムイオン電池（リチウム箔を対極としたハーフセル）を作製し、正極特性を評価した結果、従来使用されている正極材料（コバルト酸リチウムなど）の容量（約150 mAh/g）を３倍程度上回る容量を数十サイクルにわたり発揮することを実証した。この結果から、本手法により作製した硫化モリブデン薄膜は、固体高分子型の全固体薄膜リチウムイオン二次電池への応用が期待されることが示された。
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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
アノード電析法により硫化モリブデン薄膜を成膜する条件を確立し、作製した硫化モリブデン薄膜が、液系のみならず、ガラスセラミックス型および固体高分子型の全固体リチウムイオン電池用正極として機能することを実証し、いずれも優れた容量特性が発揮されることを明らかにした。硫黄／モリブデン比をはじめとする組成および構造制御に取り組んだ結果、析出膜中の応力が大きく、基板から剥離する問題が生じたため、解決に向けた取り組みを進めている。また、析出膜の水素発生電極としての性能評価を実施するための準備が整いつつあり、研究計画としては概ね順調に進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
硫化モリブデンの組成制御には、前駆体であるモリブデン塩の組成制御が有効であるとの知見を得ており、モリブデン塩の合成に取り組む予定である。今後は、硫化モリブデン薄膜の電析条件として、銅などの第三元素の添加、前駆体であるモリブデン塩の組成制御の効果について検討し、より大きく構造を変化させる条件の探索に取り組む。また、リチウムイオン電池のみならず、ナトリウムイオン電池や多価金属イオン電池への応用の可能性についても探索していく。さらに、水素発生電極としての性能評価も実施し、薄膜構造や組成と物性の相関を明らかにしていく。
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| Causes of Carryover |
当該年度は、主に電池特性評価に使用する充放電測定装置を購入し、効率的に試料作製と電極特性の評価を実施した。実験内容の効率化を図ることにより、当初予定よりも消耗品費を低減することができた他、学会発表等に予定していた予算を繰り越すこととしたため、次年度使用額が発生した。次年度の予算は、今後の研究の推進方策にも記載したように、これまでの研究経過を受けて新たな取り組みも実施するため、主として研究に係る物品購入費ならびに成果発表に係る費用に充当する予定である。
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