2012 Fiscal Year Annual Research Report
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23685029
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
吉川 浩史 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (60397453)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 分子クラスター / ナノカーボン / 二次電池 / 固体ＮＭＲ |
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| Research Abstract |
次世代スピン/エレクトロニクスデバイスを開発するうえで、分子一つ一つの磁気/電子機能を最大限に引き出せる物質系の創製は必要不可欠である。本研究では、そのような物質系の開発を目的に、高い電気伝導性や大きな比表面積などから注目を集めているナノカーボンと多彩な電気・磁気機能を有する多核金属錯体分子（分子クラスター）からなるナノ複合体の創製とそのデバイスへの応用を試みてきた。
今年度は、多核金属錯体分子であるポリオキソメタレート(POM)とグラフェン（RGO）からなるPOM/RGOナノ複合体について、両者の重量比を様々に変化せたナノ複合体を作成し、それらを正極活物質とするリチウム二次電池特性を検討した。その結果、これまでに報告したPOM/SWNT複合体よりもPOM/RGOナノ複合体のほうがより大きな放電容量とより速い充放電を示すことを見出した。このように一次元から二次元のナノカーボンにすることで蓄電機能を向上させることに成功している。現在、さらなる発展として、三次元のナノポーラスカーボンを用いた複合化を試みており、より大きな容量が得られるということが分かりつつある。
本研究では、さらにナノ複合体における容量増大の原因を検討するため、in situ 固体NMR測定システムを独自に開発した。上記ナノ複合体電池の充放電中の7Li固体NMRを測定した結果、放電過程において、より多くのLiイオンがナノカーボン電極上に集積することで、ナノカーボン上の負電荷と大きな電気二重層キャパシタを形成し、大きな容量が得られることを明らかにした。このように、POM/ナノカーボン複合体では、POMの数十電子にもおよぶ超還元とナノ複合化で誘起される電気二重層キャパシタの両方が大容量の原因であることを突き止めた。これらの知見は、真の次世代二次電池を開発するうえで非常に重要な指針となる。
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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
二次元ナノカーボンであるグラフェンとのナノ複合化により、これまでで最大の放電容量、急速充電を実現できた点で計画以上に進展したと言える。また、グラフェンから発展させて、三次元のナノポーラスカーボンの開発とそのナノ複合化にも取り組んでおり、研究は計画通りに順調に進んでいると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
より高次のナノカーボンである３次元ナノポーラスカーボン(NPC)を開発し、NPCと分子クラスターのナノ複合化を検討する。なお、これらのナノ複合体について、蓄電機能だけではなく、触媒やその他の機能の開拓も目指す。最終的には、in situ測定法により明らかになりつつある高機能の原因を基に、真に高性能な次世代デバイスを作製することを目標とする。
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