2023 Fiscal Year Annual Research Report
高性能光蓄電池の構築を目指したスピネル型酸化物正極の光電気化学挙動の解明
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22K14499
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
下川 航平 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (30876719)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 光蓄電池 / 正極材料 / 光電気化学 / 光充電 / 不均化反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，光で充電できる蓄電池（以下，光蓄電池）の構築に向けた，正極材料の光電気化学特性を調査した．具体的には，マンガン系のスピネル型酸化物に着目し，電子アクセプタを利用するハーフセルの設計における光充電を実証し，正極材料の組成がその安定性にどのような影響を与えるかを明らかにした．リチウムマンガン酸化物およびそのマンガンの一部を他の遷移金属で部分置換した正極材料のナノ粒子はコンバスチョン法により作製した．合成した粉末を二酸化チタンのナノ粒子と混合した電極を作製し，電解液には水系濃厚溶液を利用した．光照射で励起された電子は電子アクセプタの還元反応に消費され，ホールが正極材料の光充電を駆動することを実証した．光充電の安定性は組成により大きく変動し，特にマンガンを鉄で部分置換した材料において高い安定性が実現されることを明らかにした．種々の分析結果から，部分置換前の材料では光照射下において３価のマンガンの不均化反応が進行していることが示唆された．マンガンの部分置換は不均化反応の抑制に効果的であることが知られており，特に光照射下で作動する光蓄電池においては異種元素置換による正極材料の安定化が重要であることが示唆された．さらに，鉄はコバルト等の他の遷移金属と比較して水分解に対する触媒活性が低く，光充電時の副反応の抑制においても有効に機能したと考えられる．以上の研究に関して原著論文２報を報告しており，順調に研究を遂行することができたと言える．特に，光蓄電池の高性能化に向けた正極材料設計は独創性の高い研究領域であり，その基礎的理解が得られた点は意義深い成果である．
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