2021 Fiscal Year Research-status Report
高エネルギー密度カリウムイオン二次電池用の新規酸化物系高電圧正極材料の開発
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21K14730
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
マセセ タイタス 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (70758466)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | カリウムイオン電池 / 二次電池 / 正極材料 / 電気化学 / 固体化学 / 物性論 / 数理物理学 / トポロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では高電圧なカリウムイオン電池用新規正極材料として、高電位を示す層状型酸化物材料の開発に取り組んだ。本年度は様々なカリウム含有新規酸化物群の合成に成功した。得られた層状型新規酸化物材料群の充放電特性を検討した結果、4ボルトと高い電位を示すことが確認された。また高分解能透過型電子顕微鏡を用いて開発した正極材料の微細構造を観察したところ、特異な積層構造を含み、それは充放電特性に大きな影響を及ぼすだけではなく、多種多様な物理的・化学的・数論的現象を誘起させることが分かった。
また従来のカリウムイオン、ナトリウムイオン電池用正極材料に加えて、カリウムとナトリウム両方を含有する4ボルト級正極材料を開発し、カリウム-ナトリウム合金液体負極を用いた新しい蓄電池システム構築に向けて前進した。本成果は、ネイチャー コミュニケーションズに掲載された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
カリウムイオン電池用新規酸化物系正極材料に加えて、カリウム-ナトリウム合金液体負極を用いた新しい蓄電池システムの高電圧化に向けた新規酸化物系正極材料の開発に進展させた。その学術的注目度はネイチャー コミュニケーションズの論文掲載が示すところ。
またカリウム含有酸化物系正極材料のカリウムイオン出入れ機構を調べた結果、共形場理論（conformal field theory）を誘発していることを発見し、これらの材料群は新学術領域のモデル量子材料になることを示した。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は更なる材料開発を行い、特にカリウムイオン電池の高容量化に向けてカリウム過剰系（potassium-excess/potassium-rich）やアニオンレドックス（anion redox）を活用する新規酸化物系正極材料の開発に取り組む。すでに実験を進んでおり、一定の成果を見込んでいる。また、前年度に作製した新規酸化物系正極材料の高機能化に向けて、物性論（theoretical physics）と計算化学（computation）と併用して他分野の利用用途を検討する。
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| Causes of Carryover |
物品費の変動によって56円の残額が発生した。56円で本実験に必要かつ購入可能な物品等は存在しなかったため、56円を次年度に繰り越した。
物品費に56円を加算して、本研究に必要な消耗品の購入に充てる。
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Research Products
(26 results)
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[Journal Article] Mixed alkali-ion transport and storage in atomic-disordered honeycomb layered NaKNi2TeO62021
Author(s)
T. Masese, Y. Miyazaki, J. Rizell, G. M. Kanyolo, C. Y. Chen, H. Ubukata, K. Kubota, K. Sau, T. Ikeshoji, Z. D. Huang, K. Yoshii, T. Takahashi, M. Ito, H. Senoh, J. Hwang, A. Alshehabi, K. Matsumoto, T. Matsunaga, K. Fujii, M. Yashima, M. Shikano, C. Tassel, H. Kageyama, Y. Uchimoto, R. Hagiwara and T. Saito
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 12
Pages: 4660
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Honeycomb layered oxides: structure, energy storage, transport, topology and relevant insights2021
Author(s)
G. M. Kanyolo, T. Masese, N. Matsubara, C. Y. Chen, J. Rizell, Z. D. Huang, Y. Sassa, M. Mansson, H. Senoh and H. Matsumoto
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Journal Title
Chemical Society Reviews
Volume: 50
Pages: 3990-4030
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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