2021 Fiscal Year Annual Research Report
固体の相転移を活用した高効率熱ー電気エネルギー変換機構の解明
| Project/Area Number |
21H01822
|
|---|
| Research Institution | Tokyo University of Marine Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
柴田 恭幸 東京海洋大学, 学術研究院, 助教 (30758264)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | 三次電池 / エネルギーハーベスティング / プルシャンブルー類似体 / 相転移 / 放射光X線 / 赤外吸収スペクトル / 紫外-可視吸収スペクトル |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
１．三次電池は環境の温度変化で蓄発電するデバイスである。この電極に相転移を示す物質を用いると大きな電位変化が生じ高効率な三次電池が開発できる。その設計指針を決めるためには、電極材料の相転移挙動を理解することが重要である。本研究では、室温直上で電荷移動相転移を示すコバルト-マンガンプルシャンブルー類似体(CoMn-PBA)薄膜の酸化還元プロセスと電荷移動相転移の相関を放射光X線回折、赤外吸収分光測定、in situ可視吸収分光測定より評価した。その結果、電荷移動相転移はCoMn-PBAのNa濃度に対して、ほぼ全域で起こっていることが観測された。また、その酸化還元プロセスは、低温相ではCo, Mn, Feの順で酸化が進み、高温相ではFe, Mn, Coの順で酸化が進むことがわかり、電荷移動相転移に伴い酸化プロセスの逆転が生じることが明らかとなった。本成果は原著論文として報告した。
２．これまでの三次電池に関する研究報告は薄膜電極を用いたものであり、実用化まで視野に入れた場合には、二次電池と同じように、ペースト型電極での動作実証が必要不可欠である。そこで、粉末試料を活物質としたペースト型電極を用いた三次電池による動作実証実験を行った。本実験は、正極にCo-PBAを、負極にNi-PBA、電解液には、17mol/kg NaClO4水溶液を用いた2極式ビーカーセルにて行い、薄膜電極で作製した三次電池と同様に熱サイクル測定が可能であることを確かめた。本成果は原著論文として報告した。
また、三次電池の放電容量を最大化するためには、酸化還元電位の温度係数および電荷係数と、正極・負極の活物質重量比を制御することが重要であることがわかった。本成果は原著論文として報告した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究代表者が2021年度はじめに現所属に着任したことで、研究環境の整備に時間を要したため、2021－2022年度にかけて実施予定であった相転移を示すPBA粉末試料合成の2021年度分に関して十分に検討することができなかった。しかし、当初予定していた相転移を示すプルシャンブルー類似体（PBA）薄膜の相転移挙動を明らかにする研究の推進を達成することができた。また、2022年度以降の実施予定であった相転移挙動を示すPBA粉末試料を用いた三次電池試験に向けて、相転移を示さないPBA粉末を用いたペースト型電極による三次電池試験を実施することができ、ペースト型電極でも問題なく三次電池動作することを確認し、今後の研究に寄与する成果を得ることができた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
まず、2021年度中の実験結果で、原著論文にまとめられていないものを原著論文としてまとめ報告する。
次に、2021年度中に相転移を示すコバルトプルシャンブルー類似体の粉末合成方法を確立することができなかったため、まずは、この粉末試料の合成を行い、最適な合成条件を見極める。また、その粉末試料を用いた三次電池の動作試験を行い、そのデバイス特性を明らかにすることを目指す。
|
