2020 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, 研究室長 (00416330)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 遷移金属硫化物 / リチウムイオン電池 / 水素発生 / 電極 / 電析 / エネルギーデバイス |
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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。
電析硫化モリブデン薄膜の析出重量、膜厚、組成等に及ぼす電析条件の影響について調べた結果、析出薄膜の組成や構造、膜厚は、電析条件に大きく左右されないことがわかった。標準条件において作製した硫化モリブデン薄膜の硫黄／モリブデン比は4.2であり、結晶構造解析の結果から、非晶質構造を有していることがわかった。電析硫化モリブデン薄膜の断面観察や皮膜重量測定の結果から算出した硫化モリブデン薄膜の密度は2.5 g/cm3であり、二硫化モリブデン（5.1 g/cm3）や三硫化モリブデン（3.2 g/cm3）の文献値に比べて低い値であったことから、高いS/Mo比によって空隙の多い結晶構造が形成されていることが示唆された。
得られた硫化モリブデン薄膜のナトリウムイオン電池正極特性を評価した結果、現行のリチウムイオン電池用正極材料であるコバルト酸リチウムの実効容量（約150 mAh/g）を上回る容量を示した。充放電時の電流密度の増大に伴い、充放電容量の低下、充電電位と放電電位の差が増大する傾向が認められたが、電析法により作製した硫化モリブデン薄膜がナトリウムイオン電池用正極として動作することが新たに示された。
また、グラッシーカーボン電極上に電析法により作製した硫化モリブデン薄膜を用いて、硫酸水溶液中における電気分解による水素発生特性を評価した結果、白金電極には及ばないまでも、良好な電極触媒特性を発揮することが示された。これらの結果から、本手法により作製した硫化モリブデン薄膜は種々のエネルギーデバイスにおける要素部材として有用であることが示された。
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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。また、金属ナトリウムを対極に用いたナトリウムイオン電池における正極としても有用である可能性が示された。さらに、硫酸水溶液の電気分解反応における水素発生電極としても機能することが示されたことから、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引き続き探索していく。さらに、水素発生電極としての性能評価を実施し、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、主に電析試料の作製ならびに電極特性評価に使用する電気化学測定装置を購入し、試料作製と電極特性の評価の効率を高めた。実験内容の効率化やコロナ禍に伴う実験予定の延期などにより、当初予定よりも消耗品費が低減された他、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、次年度使用が発生した。次年度の予算は、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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