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2023 Fiscal Year Research-status Report

カーボン細孔内のLiイオン伝導パスに着目した充放電機構の解明と全固体電池電極設計

Research Project

Project/Area Number 22K14754
Research InstitutionNagasaki University

Principal Investigator

能登原 展穂  長崎大学, 工学研究科, 助教 (20908595)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Keywords多孔性カーボン / 全固体電池 / Liイオン拡散 / SnO2
Outline of Annual Research Achievements

本研究では多孔性カーボンの細孔内に制約したSnO2の充放電過程における構造変化やLiイオンの伝搬メカニズムを明らかとし,SnO2の高速充放電時も高容量を発現可能なSnO2/多孔カーボン電極材料を創成することを目的としている。
今年度は昨年度に引き続き,SnO2/多孔カーボン複合体の充放電過程の構造変化を追跡することで充放電メカニズムの解明をすすめてきた。SnO2/多孔カーボン粉末を金属集電体箔に塗工したものをSEペレットに貼り付け,LiIn対極を使用した全固体ハーフセルを作製した。充放電測定や電極の構造評価から,LiイオンはSnO2/多孔カーボン電極中に挿入されるが,脱離しにくいことが分かった。SnO2を含まない多孔カーボンのみでも同様の結果が得られたことから,Li挿入過程はSnO2の担持量や担持状態によらず,進行するが,脱Li化過程がSnO2の担持状態に依存することが分かった。昨年までのin-situ STEM観察から,LiイオンはSnO2の粒子接触部を優先的に伝搬していることから,脱Li化過程において,カーボン中のLiイオン伝搬が阻害されていることがわかった。これによりカーボン細孔内のSnO2の充放電反応利用率はSnO2の担持状態に依存するメカニズムが明らかとなった。
カーボン細孔内のLiイオン伝搬性を向上するためにカーボン細孔内へのLiイオン伝導体の添加方法を検討し,LiIなどのイオン伝導体を導入することでSnO2の利用率が向上することを明らかとした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

細孔内におけるLiイオン伝搬経路について実験的に明らかにし,多孔性カーボン中のLiイオン拡散が生じにくいという新しい発見にもつながっており,計画はおおむね順調に進展しているといえる。

Strategy for Future Research Activity

カーボン細孔内のイオン拡散性をさらに高めるために,カーボン細孔内への固体電解質の導入や,Sn/多孔カーボン複合体の合成検討を行い,構造評価,充放電特性を評価する。電池特性と構造の相関を系統的に調べ,Liイオンがカーボン細孔内をスムーズに移動できるSn系全固体電池負極を開発する。

  • Research Products

    (24 results)

All 2023

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (23 results)

  • [Journal Article] Direct Evidence of Reversible SnO2-Li Reactions in Carbon Nanospaces2023

    • Author(s)
      Notohara Hiroo、Urita Koki、Moriguchi Isamu
    • Journal Title

      ACS Applied Materials & Interfaces

      Volume: 15 Pages: 30600~30605

    • DOI

      10.1021/acsami.3c02805

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 多孔性ソフトカーボンを用いたLiイオンキャパシタのデバイス特性2023

    • Author(s)
      岡部柔吾, 能登原展穂, 瓜田幸幾, 森口勇
    • Organizer
      第60回化学関連支部合同九州大会
  • [Presentation] LiFePO4正極の硫化物系全固体電池への応用2023

    • Author(s)
      増田哲之, 能登原展穂, 瓜田幸幾, 森口勇
    • Organizer
      第60回化学関連支部合同九州大会
  • [Presentation] カーボンナノホーン類のEDLC特性評価2023

    • Author(s)
      小南朋弥, 岡部柔吾, 能登原展穂, 瓜田幸幾, 森口勇
    • Organizer
      第60回化学関連支部合同九州大会
  • [Presentation] カーボン複合化による層状粘土鉱物の電極材料としての応用2023

    • Author(s)
      小坂まゆ, 能登原展穂, 瓜田幸幾, 森口勇
    • Organizer
      第60回化学関連支部合同九州大会
  • [Presentation] SnO2/多孔カーボン複合電極におけるSnO2担持状態が充放電特性に与える影響2023

    • Author(s)
      山口大晟, 能登原展穂, 瓜田幸幾, 森口勇
    • Organizer
      第60回化学関連支部合同九州大会
  • [Presentation] Liドープ多孔カーボンの作製条件の検討と全固体電池負極特性2023

    • Author(s)
      大藤俊瑛, 能登原展穂, 瓜田幸幾, 森口勇
    • Organizer
      第60回化学関連支部合同九州大会
  • [Presentation] 多孔性カーボンの構造とCO2吸着量との関係性2023

    • Author(s)
      坂本龍平, 能登原展穂, 瓜田幸幾, 森口勇
    • Organizer
      第60回化学関連支部合同九州大会
  • [Presentation] リン/カーボンナノホーン複合体のリチウムイオン電池負極特性2023

    • Author(s)
      能登原展穂,甲斐 聖悟,瓜田 幸幾,森口 勇
    • Organizer
      2023電気化学秋季大会
  • [Presentation] SnO2/多孔カーボン複合体と酸化物ガラス電解質からなる全固体電池の構築2023

    • Author(s)
      江口稜汰,能登原 展穂,瓜田 幸幾,森口 勇
    • Organizer
      2023電気化学秋季大会
  • [Presentation] LiFePO4の硫化物全固体電池応用に向けた界面構築の検討2023

    • Author(s)
      増田哲之,能登原 展穂,瓜田 幸幾,森口 勇
    • Organizer
      2023電気化学秋季大会
  • [Presentation] 薄層マクロ細孔性カーボンの創製から電極への展開2023

    • Author(s)
      土井 涼平,能登原 展穂,森口 勇,瓜田 幸幾
    • Organizer
      第74回コロイドおよび界面化学討論会
  • [Presentation] SnO2/カーボン複合電極における Li イオン拡散挙動のその場 TEM 観察2023

    • Author(s)
      能登原 展穂,瓜田 幸幾,森口 勇
    • Organizer
      第74回コロイドおよび界面化学討論会
  • [Presentation] EDLC Performance of Nanocarbon Materials with 1D Pores2023

    • Author(s)
      Koki Urita, Ryota Yuge, Tomoya Kominami, Hiroo Notohara, and Isamu Moriguchi
    • Organizer
      7th International Conference on Advanced Capacitors
  • [Presentation] Effect of ethanol addition on carbon based aqueous supercapacitor2023

    • Author(s)
      Hiroo Notohara, Pierre-Louis Taberna, Koki Urita, and Isamu Moriguchi
    • Organizer
      7th International Conference on Advanced Capacitors
  • [Presentation] Characterization of 1D Nanocarbons as an EDLC Electrode Based on 3D-VIS Method2023

    • Author(s)
      Koki Urita, Tomoya Kominami, Fernando Vallejos-Burgos, Ryota Yuge, Hiroo Notohara, Isamu Moriguchi
    • Organizer
      7th Symposium on Future Challenges for Carbon-Based Nanoporous Materials
  • [Presentation] In-situ TEM Observation on Reversible SnO2-Li Reactions in Carbon Nanospacces2023

    • Author(s)
      Hiroo Notohara, Koki Urita, Isamu Moriguchi
    • Organizer
      7th Symposium on Future Challenges for Carbon-Based Nanoporous Materials
  • [Presentation] カーボンナノ空間における SnO2 の充放電特性とその場 TEM 観察2023

    • Author(s)
      能登原展穂,瓜田 幸幾,森口 勇
    • Organizer
      第64回電池討論会
  • [Presentation] 層状粘土鉱物を原料としたSi/カーボン複合体電極の充放電特性2023

    • Author(s)
      小坂 まゆ,能登原展穂,瓜田幸幾,森口勇
    • Organizer
      第50回炭素材料学会年会
  • [Presentation] Sn ナノ粒子担持多孔カーボン電極の創製2023

    • Author(s)
      御手洗仁, 能登原展穂, 瓜田幸幾, 森口勇
    • Organizer
      第50回炭素材料学会年会
  • [Presentation] 円筒状構造を有するナノカーボン材料の EDLC 特性評価2023

    • Author(s)
      瓜田幸幾, Fernando Vallejos-Burgos, 小南朋弥, 弓削亮太, 能登原展穂, 森口勇
    • Organizer
      第50回炭素材料学会年会
  • [Presentation] 多孔性炭素を用いた水系 EDLC 特性へのアルコール添加の影響2023

    • Author(s)
      能登原展穂、Pierre-Louis Taberna、瓜田幸幾、森口勇
    • Organizer
      第36回日本吸着学会研究発表会
  • [Presentation] 高性能電極創製に向けた電極その場 TEM 解析手法の開発2023

    • Author(s)
      幾竹海斗、能登原展穂、森口勇、瓜田幸幾
    • Organizer
      第36回日本吸着学会研究発表会
  • [Presentation] MXene 電極へのイオン(Li・Na・Mg)インターカレーション機構の考察2023

    • Author(s)
      青木俊輔、能登原展穂、瓜田幸幾、森口勇
    • Organizer
      第36回日本吸着学会研究発表会

URL: 

Published: 2024-12-25  

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