過剰なフッ化物イオンの挿入・脱離反応を利用した新規鉄系酸化物正極の創成

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21H02048
• Research Institution: Nara Women's University
• Principal Investigator: 山本 健太郎 奈良女子大学, 工学系, 准教授 (90755456)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 全固体フッ化物電池 / インターカレーション正極 / アニオンレドックス / 分子形成

Outline of Annual Research Achievements

本研究では酸化物アニオンのレドックスを用いた過剰なフッ化物イオンの挿入・脱離反応ならびにフッ化物イオンの拡散パスの制御により、超高容量・高出力のフッ化物イオン二次電池用正極を創成とその反応機構解明を行う。2023年度は2022年度に検討したBaxSr1-xFeO2（x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.6, 0.8）の中でBa添加による構造相転移が起こらないBaxSr1-xFeO2（x = 0, 0.1, 0.2, 0.3）についての局所構造の分析とBaxSr1-xFeO2（x = 0, 0.1, 0.2, 0.3）の中で最も優れた電気化学特性を示したBa0.7Sr0.3FeO2のフッ化物イオン挿入脱離前後の電子構造変化の分析を行なった。BaxSr1-xFeO2（x = 0, 0.1, 0.2, 0.3）についてのX線回折測定、Sr, Ba K-edgeのX線吸収分光測定の結果、Baの添加量が増えるにつれて、BaxSr1-xFeO2のinfinite layer構造の層間距離が広がっていることが明らかとなった。2022年度に得られたレート特性の結果と比較することで、この層間距離の増加がフッ化物イオンの拡散にとって有利に働き、レート特性向上につながっていることが明らかとなった。フッ化物イオン挿入脱離後のBa0.7Sr0.3FeO2に対して、O, F, Fe K-edgeのX線吸収分光測定の結果、充電初期にはFeが電荷補償を担い、充電後期にはOが電荷補償を担っていることが明らかとなった。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Double-Layered Perovskite Oxyfluoride Cathodes with High Capacity Involving O-O Bond Formation for Fluoride-Ion Batteries (2024)
  • Author(s): Miki Hidenori、Yamamoto Kentaro、Nakaki Hiroyuki、Yoshinari Takahiro、Nakanishi Koji、Nakanishi Shinji、Iba Hideki、Miyawaki Jun、Harada Yoshihisa、Kuwabara Akihide、Wang Yanchang、Watanabe Toshiki、Matsunaga Toshiyuki、Maeda Kazuhiko、Kageyama Hiroshi、Uchimoto Yoshiharu
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 146 Pages: 3844～3853
  • DOI: 10.1021/jacs.3c10871
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transient phase change of Ruddlesden-Popper type perovskite on fluoride-ion intercalation reaction (2024)
  • Author(s): Miki Hidenori、Yamamoto Kentaro、Matsunaga Toshiyuki、Watanabe Toshiki、Kumar Mukesh、Thakur Neha、Iba Hideki、Kageyama Hiroshi、Uchimoto Yoshiharu
  • Journal Title: Solid State Ionics Volume: 406 Pages: 116481～116481
  • DOI: 10.1016/j.ssi.2024.116481
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Revealing the Unusual Mechanism of Mixed Cationic and Anionic Redox in Oxyfluorosulfide Cathode for All-Solid-State Fluoride-Ion Batteries (2024)
  • Author(s): Cao Zulai、Yamamoto Kentaro、Matsunaga Toshiyuki、Watanabe Toshiki、Kumar Mukesh、Thakur Neha、Ohashi Ryogo、Tachibana Shintaro、Miki Hidenori、Ide Kazuto、Iba Hideki、Kiuchi Hisao、Harada Yoshihisa、Orikasa Yuki、Uchimoto Yoshiharu
  • Journal Title: Chemistry of Materials Volume: 36 Pages: 1928～1940
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.3c02650
  • Peer Reviewed
• [Presentation] (Ca, Sr)FeO2 Cathodes with High Capacity using Anionic Redox for All-solid-state Fluoride-Ion Batteries (2024)
  • Author(s): Kentaro Yamamoto
  • Organizer: 48th International Conference and Expo on Advanced Ceramics and Composites (ICACC2024)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Intercalation Reaction Mechanism of Fluoride-Ions in (Ca, Sr)FeO2 Cathodes with Infinite Layer Structure for All-solid-state Fluoride-Ion Batteries (2023)
  • Author(s): Kentaro Yamamoto, Yanchang Wang, Hisao Kiuchi, Toshiyuki Matsunaga, Toshiki Watanabe, Hidenori Miki, Hideki Iba, Kazuhiko Maeda, Yoshihisa Harada, Hiroshi Kageyama, Yoshiharu Uchimoto
  • Organizer: 244th ECS Meeting
  • Int'l Joint Research