高出力な金属空気電池のための空気極のナノ材料設計

2012 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 24760731
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 湯浅 雅賀 九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 助教 (50404075)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Keywords: ナノ粒子合成 / 空気電池 / 放電特性

Research Abstract

金属空気電池は、電池系外の空気中の酸素を正極活物質とするため、高い理論エネルギー密度と低環境負荷を特徴とする次世代クリーンエネルギー源の一つである。しかし、電池に酸素を取り込むための空気極（電極触媒を担持したカーボンで構成される）においては、現状では浸漬電位が理論値より0.2 V近く卑であり、また、大きな過電圧が生じるために、電池出力にロスが生じることが課題である。過電圧を抑制するためには、高活性な電極触媒を触媒担体（導電補助剤）に微細に担持することがまず必要である。電極触媒としては、Ptが高活性を示すことが広く知られており、主に用いられている。一方で申請者らはこれまでに、La-Mn系ペロブスカイト型酸化物がPtを超える活性を示すことを見出している。しかしながら、La-Mn系ペロブスカイト型酸化物を用いても、その特性は放電反応の理論値よりも0.2V以上低いのが現状である。そこで申請者は、La-Mn系ペロブスカイト型酸化物を、これまでよりも微細な10nm以下のサイズで触媒担体上に微細分散する方法について本研究課題で取り組む。
本年度は、10nm以下のサイズのLa-Mn系ペロブスカイト型酸化物LaMnO3の合成方法について研究を行った。LaおよびMnの有機錯体を第４級アルキルアンモニウムを含む高沸点有機溶媒中で加熱分解することでLaMnO3前駆体を得て、それを450℃で熱処理した結果、10nm以下の結晶子サイズを有するLaMnO3ナノ結晶の合成に成功した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初の予定では、10nm以下のサイズのLaMnO3ナノ粒子をカーボン担体上に分散し、その電気化学特性を評価するところまで、平成２４年度にて到達する予定であった。しかし実際は、10nm以下のサイズのLaMnO3ナノ粒子を得るための合成条件の探索に時間を要したため、当初の計画より遅れが生じた。したがって、研究の達成度を「やや遅れている」と自己評価した。

Strategy for Future Research Activity

平成２４年度において、10nm以下のサイズのLaMnO3ナノ粒子が得られる合成条件をある程度見出すことができたため、平成２５年度においてはまず、LaMnO3ナノ粒子の合成条件を精密化する。その後、得られたLaMnO3ナノ粒子をカーボン担体上へ分散した、カーボン担持LaMnO3ナノ粒子の作製方法について検討する。その際には、本研究で得られるLaMnO3ナノ粒子の表面物性等を考慮し、最適なカーボン担体の種類を選定する。その後、得られたカーボン担持LaMnO3ナノ粒子の酸素還元経路について、回転リングディスク測定装置にて検討し、その結果を材料合成条件にフィードバックして再度材料の合成条件を最適化することで、最も酸素還元反応に活性な材料表面を構築する。
その後、得られたカーボン担持LaMnO3ナノ粒子を正極としての金属空気電池セルを試作し、購入予定の充放電測定装置にて放電特性を評価する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

該当なし