2023 Fiscal Year Annual Research Report
リチウムインサーション電極の反応速度に関する基礎研究
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20K05687
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University |
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Principal Investigator |
有吉 欽吾 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (80381979)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | リチウムイオン電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、「希薄電極法」を適用することでリチウムインサーション材料の反応速度について定量的評価を行うとともに、「反応機構」「粒子サイズ」「結晶構造」の異なるリチウムインサーション材料の反応速度を比較することで、反応速度に影響を与える因子を明らかにすることを目的としている。
本年度は、５V級正極材料であるリチウム・ニッケル・マンガン酸化物を用いて、クロノアンペロメトリー法により反応速度の検討を行った。その結果、通常の多孔体電極においては、充電（Li脱離）と放電（Li挿入）とで反応速度に差が無かったのに対し、希薄電極においては反応速度に非対称性が見られ、Li脱離（酸化）反応のほうがLi挿入（還元）反応よりも遥かに速いことを見出した。この結果は、リチウムインサーション反応の速度論を構築する上で、単純な固相拡散現象では理解できないことを意味している。
本研究課題を通じて、次のことが明らかとなった。①「希薄電極法」により固相内物質輸送反応の速度が測定可能であること。②「希薄電極法」により活物質の電荷移動抵抗を算出することが可能であり、電荷移動抵抗は活物質粒子の表面積のみに依存し、結晶性といった構造学的因子とは無関係であること。③希薄電極を用いて種々の電気化学測定により、固相内物質輸送反応は、粒子サイズや反応機構に大きく左右されることを見出すとともに、酸化と還元反応では反応速度が非対称であること。
これらの成果は、りちうむインサーション電極の反応速度論を構築する上で非常に有益な知見である。
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