2021 Fiscal Year Annual Research Report
高容量を指向した光電変換Mn酸化物の作製とイオン挿入脱離機構の解明
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19K05007
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| Research Institution | Kanto Gakuin University |
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Principal Investigator |
友野 和哲 関東学院大学, 理工学部, 准教授 (40516449)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
隅本 倫徳 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (40414007)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 層状化合物 / 層間金属錯体 / 光電流 / キャパシタ / 挿入脱離機構の解明 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
可逆な酸化還元により駆動するレドックスキャパシタ材料である層状MnO2の層間に酸化還元活性な金属錯体を挿入することで，比容量が増加(3－5倍)することを初めて見出した。さらに，光電流(2－9倍)も波長依存性を示した。本研究課題の目的は，金属錯体(Co，Ru系)/層状MnO2薄膜を作製し，①竹炭との複合化により大容量化と光電変換の高効率化の達成，②比容量等の電気化学性能を左右するイオンの挿入・脱離機構を明らかにすることである。
2019年度では，導電補助剤である竹炭基板作製の最適化を行い，含Co錯体/層状MnO2薄膜の最適条件での薄膜のキャパシタンスは850F/g（目標；500F/g)に達した。50サイクルまでの容量の低下は7%であった。
2020年度では，系統的な光照射実験を実施した。竹炭による表面積増加と脂質分子による層間イオンの脱離抑制を行った薄膜に対して光照射を行と，走査電位範囲内の比較的低電位で水溶液の電気分解が起きて膜が剥離するという新たな課題が生まれた。これについては，波長を精査することで解決した。一方で，層間イオンに対して最適な波長を変更する必要性が生じた。
2021年度では，電子伝達材であるメチルビオロゲンを層間内あるいは電解液に共存させることでイオンの挿入脱離機構に関する研究を進めた。予想に反して，層間内に電子伝達材を導入すると，キャパシタンスが低下することが分かった。一方，溶液に電子伝達材を導入することで濃度に比例してキャパシタンスが変化することを見出した。平均で950F/gに達することがわかった。また，1000F/gを超えたデータも得られたが再現性が悪く，現在条件を精査中である。
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| Remarks |
友野研究室ホームページ
https://tomonolab.com/
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