2020 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the mechanism of photochromic metal oxide and application to storage battery
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19J21256
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
高木 秀隆 広島大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | フォトクロミズム / 金属酸化物 / 二次電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年までの研究でマグネシウムと錫の酸化物（MTO）膜が不均一でピンホールのような穴がある場合が多いことが問題となっておりまずはこの改善に取り組んだ。MTO膜の作製条件をいろいろと変えて膜を作製し、膜の垂直方向の抵抗値を測定することで評価を行った。変えた条件は、溶質、溶媒、滴下量、乾燥時間、加熱温度、加熱時間等多数にわたり、また製膜方法や加熱方法自体も検討を行った。こうした試行錯誤と実験手順の向上によって、完全ではないがある程度の割合で高い抵抗値を示す、つまり穴のない均一なMTO膜を製膜することが可能となった。
膜質が改善されたので次に蓄電性能の再現に移った。まずMTO/ITO試料に紫外線を照射しフォトクロミズムを発生させ、その上に酸化ニッケル（NiO）膜とAu電極を製膜し充放電特性を調査した。酸化ニッケル膜は既往の報告で蓄電性能を示すために必要とされているものであり、その組成等は事前に測定しておいた。こうして最終的にAu/NiO/MTO/ITOの構造をした試料を複数用意し、充放電特性を測定したが、残念ながら蓄電性能は再現できなかった。
この結果について考察してみると、これまでの研究からフォトクロミズム状態ではMTOとITOの界面に金属インジウムと錫が析出していることが分かっており、これと他の二次電池の構造から本試料が電池として機能するためにはMTO層がイオン伝導体として機能する必要があるのではないかという考えが浮かんだ。つまりMTO層を固体電解質と見立てているのである。この仮説に従い、MTO層のイオン伝導性を調査するためインピーダンス測定の準備を始めた。測定対象が固体なので高周波まで測定する必要があるが、高周波測定で問題となる寄生成分の影響をできるだけ抑えるため測定治具の自作を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
本年度までに蓄電性能を再現している予定であったが、できていないため研究の進捗状況は遅れている。
理由としては、マグネシウムと錫の酸化物（MTO）層にピンホールのような穴がある場合が多く、その改善にかなり手間取っていたからである。しかしながら、それがある程度改善されても蓄電性能が再現しなかった。これについては、本試料が二次電池としての構造をとっていないためであると考えているが、その重要部分であるMTO層のイオン伝導性の測定はこれまで当研究室で行ったことがなく、現在その準備を進めている状況である。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度はまずMTO層のイオン伝導度を測定する予定である。測定方法はインピーダンス測定法を用いる。固体試料のイオン伝導度を測定するためには高周波でのインピーダンス測定を行う必要がある。装置の測定周波数は問題ないと思われるが、測定治具がその周波数で使用可能かどうかというのも測定データを信頼できるものとするためには重要になる。試料の形状などから適当な治具が販売されていないので、測定治具を自作し、測定可能周波数を評価することを行う。その装置を用いてMTO層のインピーダンス測定を行い、イオン伝導度を求める。そして製膜条件（組成比、加熱温度等）を変えてMTOを作製し、イオン伝導性の傾向を調べる。最後に蓄電性能評価のため、イオン伝導性が高く、かつフォトクロミズムを示す条件でMTO膜を作製し、充放電試験を行い蓄電性能の再現と評価を目指す。
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