Fine Particle Synthesis by Multiple Nucleation Reaction using Microbubbles

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K04911
• Research Institution: Hachinohe National College of Technology
• Principal Investigator: 門磨 義浩 八戸工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (90431460)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: マイクロバブル / マンガン酸化物 / 電極材料

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は、次世代高エネルギー密度二次電池の実現に向けた電極材料の開発を行うものである。その上で、重要な要素である電極反応の効率向上の方法のひとつとして、粒子
の微細化による反応場の増大に注目した。これまでも微細粒子の合成方法は様々な方法が提案されてきたが、本研究課題では、低コストで簡便なマイクロバブルを用いたマンガン－チタン系酸化物の合成に着目した。マイクロバブルを用いることで、同時多発的に核生成反応を起こし、材料のナノポーラス化を狙ったものである。
マイクロバブルを用いた材料の合成とその電極特性評価を行い、合成方法の検討を行った。まず、合成条件をある程度絞り込むために、合成時間や出発組成を詳細に変更して合成を行った。XRDによるX線構造解析の結果、組成により構造が変化することが示唆された。FE-SEMによる観察の結果、合成時間が試料の構造や大きさに大きく影響することがわかった。特に、マイクロバブル混合後に加温して保持することで粒子成長を早めることができた。
合成した試料を用いて、電気化学特性測定用のコイン型セルを作製した。本研究課題で購入した電気化学測定システムを用いて、サイクリックボルタンメトリー(CV)
測定を実施した。CV測定により、おおまかな電池特性を素早く評価してから、定電流充放電試験で評価することにより効率的に評価することができた。その結果、結晶性とレート特性に関係があることが示唆された。さらに、交流インピーダンス測定により、レート特性と電極抵抗が関係していることが示唆された。
今後、さらなる電極特性の詳細な解析により、高機能電極材料の合成方法を提案することが期待できる結果となった。