2022 Fiscal Year Final Research Report

Impurity-doped rutile TiO2 as novel anode materials for next-generation rechargeable battery

Research Project

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Project/Area Number	19H02817
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 36020:Energy-related chemistry
Research Institution	Tottori University
Principal Investigator	Usui Hiroyuki 鳥取大学, 工学研究科, 准教授 (60423240)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	坂口裕樹鳥取大学, 工学研究科, 教授 (00202086) 道見康弘鳥取大学, 工学研究科, 准教授 (50576717) 小廣和哉高知工科大学, 環境理工学群, 教授 (60170370) 田中俊行地方独立行政法人鳥取県産業技術センター, 無機材料グループ, 研究員 (30713771)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords	ルチル型酸化チタン / 不純物元素ドーピング / ナトリウムイオン電池 / リチウムイオン電池 / 酸素欠損 / 単結晶 / 粒子形状 / 電荷密度
Outline of Final Research Achievements	As an anode material of Na-ion batteries, rutile-type TiO2 has a one-dimensional diffusion path in the c-axis direction and a low electronic conductivity. We tried to extract its potential performance based on a unique material chemistry methodology. We found that the introduction of oxygen vacancies into Nb-doped TiO2 prepared by hydrothermal synthesis improved the long-term cycling performance. In the case of Ta doping, the electron charge density in the diffusion path was decreased, and the high-rate performance were successfully improved. We also found that shortening the particle length of In-doped TiO2 improves the utilization rate. The above results indicate that rutile-type TiO2, which has been devised in terms of material chemistry, will be a promising candidate for the anode material of Na-ion batteries.
Free Research Field	電気化学，固体化学，半導体工学，光電気化学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	ルチル型TiO2は独自の長所と課題を併せ持つ負極活物質である．研究代表者はその課題を克服し長所を最大限に活かすべく，水熱合成法による単結晶化，不純物元素のドープ，酸素欠損の導入および粒子長の短縮化などの種々の材料化学的な方法論を考案し確立した．TiO2へのドープが可能な不純物元素はNbやTa，In以外にも数多く存在するうえに，ドープの効果に関する知見はアナターゼ型TiO2や他のチタン酸化物に対しても適用可能である．また，本研究で開発したルチル型TiO2負極はリチウムイオン電池や酸化物系部材で構成される固体電池への展開も充分に期待できるものであり，今後の発展性に極めて富むものである．