2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of the vanadate glass precisely controlled oxidation states applied for the cathode active material of Na-ion battery with high performance
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23H02070
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
久冨木 志郎 東京都立大学, 理学研究科, 准教授 (90321489)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | Na電池正極材 / メスバウアー分光法 / XAFS法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では、質量エネルギー密度の理論値500 Wh/kgに匹敵する、ナトリウム(Na)イオン電池の正極材の高性能化に挑戦している。研究期間初年度の2023年度は、研究実施計画にしたがい、溶融急冷法により、Na2O-V2O5-P2O5-Fe2O3系、Na2O-V2O5-P2O5-SnO2系の二系統の導電性バナジン酸塩ガラスを作成し、それぞれのガラス系について、Naイオン電池正極特性、電気伝導度と、ガラス構造の相関を調査した。その結果、Na2O-V2O5-P2O5-Fe2O3系については、Naイオン電池正極材として高い性能を示すガラスの組成の特定ができた(詳細は現在までの進捗状況に示す)。また、Na2O-V2O5-P2O5-SnO2系についても、同様に高い性能を示すガラス組成を見出している。2023年度の研究成果は、J. Alloys and Compounds他、5報の学術論文誌に掲載され、国際学会で7件、国内学会で5件、発表された。
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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
研究期間初年度の2023年度は、Na電池正極材として最高の性能を持つ、バナジン酸塩ガラスの化学組成の特定を目標とした。その結果、Na2O-V2O5-P2O5-Fe2O3および、Na2O-V2O5-P2O5-SnO2系において、調査を行ったところ、Na2Oは10～20 mol％、V2O5は65～85 mol％、P2O5は5～10 mol％、Fe2O3(あるいSnO2)は5～10 mol%含まれると、5 mA/gの電流密度において150-200 mAh/gの高い正極特性を示すことが明らかになった。以上の結果より、高いNa電池正極特性を示すバナジン酸塩ガラスの組成がおおむね特定できており、当初の目的が果たせていることから、研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究期間2年度目となる2024年度は、昨年度、化学組成を特定できた、高いNa電池正極特性を示すバナジン酸塩ガラスを、溶融法ではなく、ゾルゲル法で作成し、三次元ボールミリング処理を施すことで、高性能化することを目論む。基本的な化学組成であるV2O5-P2O5系や、SnO2-P2O5系のガラスについてはすでに、2023年度の段階でゾルゲル法での合成に成功しており、電気特性、比表面積測定、Naイオン電池正極特性評価に着手している。ゾルゲル法での合成は試料中に有機物が残留することから、適正な熱処理条件を特定することが重要となる。また、上述したV2O5-P2O5系や、SnO2-P2O5系ガラスはNa, Li等のアルカリイオンを取り込むと安定化するという報告もあることより、溶融法で特定できたガラス組成の周辺についても、組成探索を継続する必要があるものと考えられる。
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[Journal Article] Enhancement of electrical conductivity and thermal stability of Iron- or Tin- substituted vanadate glass and glass-ceramics nanocomposite to be applied as a high-performance cathode active material in sodium-ion batteries2023
Author(s)
A. Ibrahim, K. Kubo, S. Watanabe, S. Shiba, I. Khan, B. Zhang, Z. Homonnay, E. Kuzmann, L. Pavic, A. Santic, Ahmed S. Ali, M. Y. Hassaan, S. Kubuki,
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Journal Title
J. Alloys. Compnds.
Volume: 930
Pages: 167366
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Impact of adding Fe ions on the local structure and electrochemical performances of P2O5-V2O5 glass and glass ceramics used as a cathode in LIBs2023
Author(s)
A. Ibrahim, Y. Arita, A. S. Ali, I. Khan, B. Zhang, L. Pavic, A. Santic, Z. Homonnay, E. Kuzmann, M. Y. Hassaan, J. Wang, S. Kubuki
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Journal Title
J. Phys. Chem. Solids
Volume: 179
Pages: 111391
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Debye Temperature Evaluation for Secondary Battery Cathode of α-SnxFe1－xOOH Nanoparticles Derived from the 57Fe- and 119Sn-Mossbauer Spectra2023
Author(s)
A. Ibrahim, K. Tani, K. Hashi, B. Zhang, Z. Homonnay, E. Kuzmann, A. Bafti, L. Pavic, S. Krehula, M. Marcius, S. Kubuki
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Journal Title
International Journal of Molecular Science
Volume: 25
Pages: 2488
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Mossbauer Spectroscopy of Iron-or Tin- Substituted Vanadate Glass and Glass-Ceramics as a Cathode active Material in SIBs2023
Author(s)
A. Ibrahim, K. Kubo, S. Watanabe, I. Khan, B. Zhang, Z. Homonnay, E. Kuzmann, L. Pavic, A. Santic, A. S. Ali, M.Y. Hassaan, and S. Kubuki
Organizer
International Conference on the Application of the Mossbauer Effect (ICAME2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Mossbauer Spectroscopy of Iron-or Tin- Substituted Vanadate Glass and Glass-Ceramics as a Cathode Material active in SIBs2023
Author(s)
A. Ibrahim, K. Kubo, S. Watanabe, S. Shiba, I. Khan, B. Zhang, S. Kubuki, Z. Homonnay, E. Kuzmann, L. Pavic, A. Santic, A. S. Ali, M.Y. Hassaan
Organizer
第22回メスバウアー分光研究会
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