2022 Fiscal Year Research-status Report
Creation of high functional Li-air battery based on synergy effect of multi-catalysis
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21K18835
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
石崎 貴裕 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (50397486)
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2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | Li空気電池 / カーボン系材料 / 触媒 / 深共晶溶媒 / 酸素の酸化還元反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、Li空気電池の触媒として使用可能なポーラスカーボン系正極材の開発および作成した深共晶溶媒（DES）の物性値の測定を行った。カーボン合成では、酸素還元反応の触媒として有効なCo-N-C結合を有するポーラスカーボンを金属有機構造体（MOF）を、そしてカーボンの結晶性向上を目的として、Cu源を原料に用いて合成した。前駆体のMOFを合成する原料には、硝酸コバルト、硝酸亜鉛、硝酸銅と2-Methylimidazole(2MZ)を用いた。これらの金属源の混合比を変更させてMOFを合成し、その後熱処理することで、マクロポーラスカーボンを合成した。合成したカーボンのSEM像から約300nmの直径を有するポーラス構造が形成されていることを確認した。合成した試料の窒素含有量をＸ線光電子分光法(XPS)で測定した結果、窒素の割合は1.0～2.5at%であり、窒素含有量は使用したCu源の濃度に応じて変化した。合成したカーボン材料を正極材に用いてLi空気電池を構築し、その充放電試験を行った。Cu含有量が最小の時に放電電圧が最も高く，Cu含有量の増加に伴い放電電圧が低下した。また，放電容量の大きさは、Cu含有量が中程度の時に最も大きく、その値は約3700 mAh/gであった。この結果から、作製したマクロポーラスカーボン材料はLi空気電池として作動することを明らかにした。
また、溶液中のプラズマを用いてNあるいはPを含んだポーラスカーボン材料を合成する技術開発を行った。窒素源としてN-メチル-2-ピロリジノンを、P源として50%フィチン(Phy)酸溶液を用いた。合成したカーボン材料はORRに対する触媒性を示した。
DESの開発では、硝酸リチウムとN-メチルアセトアミドを特定のモル比率で混合し，深共晶溶媒を得た。その深共晶溶媒の各種物性値（粘性、難燃性、溶液抵抗等）の測定を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ポーラスカーボン系材料の正極触媒材料の開発およびDESを利用した電解液の探索を行い、当初に予定していた研究計画を順調に進められた。合成したポーラスカーボン材料はCoとNを含んでおり、酸素還元反応に対する触媒性を示した。また、硝酸リチウム(LiNO3)とN-メチルアセトアミドの組み合わせで作成したDESの電解液としての物性値を明らかにできた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、ソリューションプラズマ（SP）を含む液相プロセスにより、異種元素ドープポーラスカーボン・酸化物系複合材料の合成手法の確立を進める。また、窒素やリン等の異種元素を同時にドープしたカーボン材料の合成も行う。DESに関しては、触媒機能を
発現するものを探索するとともに、その触媒能の発現メカニズムの解明をめざす。さらに、触媒能を示すDESのイオン伝導性、粘性、電位窓、熱的安定性等の特性を計測する。
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| Causes of Carryover |
コロナの影響により、当初参加を予定していた国際学会がキャンセルになり、その旅費が発生しなくなった。また、購入を予定していた物品が半導体部品不足により購入することができなかった。これらの理由により、次年度使用額が生じた。次年度の使用計画としては、今年度に成果が得られた実験で必要な消耗品等の購入費として充填することを計画している。
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Research Products
(12 results)
