2023 Fiscal Year Annual Research Report
Designing porous carbon electrodes for high performance LIBs based on understanding electrochemical reactions in the pores
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23H02048
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
瓜田 幸幾 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (40567666)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 秀樹 信州大学, 先鋭領域融合研究群先鋭材料研究所, 教授(特定雇用) (80376368)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | その場TEM計測 / Liイオン電池 / SnO2負極 / ナノ多孔性カーボン / 細孔構造評価 / ガス吸着等温線 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、SnO2活物質をカーボンナノ細孔空間内に担持したSnO2/多孔性カーボン複合体電極を用いたリチウムイオン二次電池(LIB)及び全固体LIBの充放電特性の向上に向け、ナノ空間内に存在するSnO2ナノ粒子1つ1つの状態変化を明らかにすることで電極細孔内反応の現象を理解し、充放電性能にナノ空間を最大限利用できる電極を設計することを目的とする。
これまで電気二重層キャパシタに対するin-situ透過型電子顕微鏡（in-situ TEM）計測法の事前検討により、電解液存在下で電極状態の評価が困難であり、測定系から即座に電解液を除去することで電極の状態追跡が可能であることを見出している。本課題では酸化還元反応を伴う二次電池負極材料を対象としており、事前検討と同様の測定系では安定な電気化学測定が不可能であることを確認した。そこで、対極の電荷補償を考慮した測定系を検討し、電極活物質の塗布条件と共に最適化を行い、TEM内においてSnO2ナノ粒子負極の安定な電気化学計測に成功した。
ナノ空間を提供する多孔性カーボン材料の設計においては、金属塩を担持した炭素原料の賦活課程その場観察及び細孔空間の評価方法の検討を実施した。その場計測においては、加熱時に生じる微弱ノイズを低減すべく温度制御装置の改造を施し本問題を解決し、加熱による炭素骨格構造変化の追跡に成功した。今後は結合状態の追跡も合わせて進める。ミクロ細孔からマクロ細孔空間評価は、ガス吸着測定による最適測定条件及び評価技術を確立した。さらに、計算化学による炭素モデル構造を構築し、構造予測の基盤を確立することができた。
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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
酸化還元反応を伴うSnO2負極のその場電気化学計測、カーボン細孔構造形成のその場計測及びその評価法の確立に向けて実験を計画通り実施し、研究は着実に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、SnO2ナノ粒子を用いたin-situ電気化学計測による測定系の最適化を図るとともに、SnO2/多孔性カーボン複合体電極を用いた細孔内SnO2の状態追跡を行うことで、充放電特性とナノ空間・SnO2担持状態等の関係性を調べ、安定な充放電サイクルを示す複合電極の構造最適化を図る。
また、多孔化過程のその場計測により炭素骨格構造の変化及び空間成長を追跡し、実験と計算の両面から賦活による細孔形成過程の解明に迫る。
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