2013 Fiscal Year Research-status Report
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25400382
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
高野 良紀 日本大学, 理工学部, 教授 (30171466)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | リチウム硼炭化物 / 新超伝導物質探索 / 2次電池用負極材料 |
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| Research Abstract |
鉄系超伝導体は発見当初から、世界中の研究者により精力的に研究されているが、現在でも超伝導転移温度Tcは60Kを超すことができていない。より高い超伝導転移温度を持つ物質の発見には新たなブレイクスルーが必要である。2002年にMgB2と類似の結晶構造を持つリチウム硼炭化物LixBCにおいて、結晶構造を保持したまま、ホールドープがなされるとTcが100K程度になると予測された。しかし、実験的な研究はほとんどないのが現状である。我々は、現在までに、Zrゲッタリング法により作製したLixBCにおいて超伝導類似の抵抗の急激な減少とそれに伴う反磁性を観測した、再現性に問題があった。また、軽元素からなるLixBCでは電気化学的な方法によりLiの放出・吸収が可能であるとの報告もあり、このような放出・吸収が可能であれば、軽量な2次電池の電極材料としての応用の可能性もでてくる。本研究課題では、リチウム硼炭化物における新超伝導物質探索と2次電池の電極材料への応用の可能性を探る。
本年度は、当初の研究計画に従い、超伝導類似の電気抵抗および反磁性の再現性の向上を主な目的として実験を重ねてきており、これまでには得られなかった、同一試料での電気抵抗の異常と反磁性を観測することができた。
また、2次電池の負極材料への応用に関しては、LixBC自身は放電容量は小さいものの、サイクル特性はすぐれているが、Siとのコンポジット化により、放電容量は増加したもののサイクル特性が落ちる結果となった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
試料作成には2段階があり、固体反応による母体作成と、Zrゲッタリング反応によるLi量の制御である。本年度は、Zrゲッタリング・プロセスの前段階と途中段階に粉砕・混合・加圧成型の過程を導入することによって、試料からのLi欠損に伴うホールドーピングの促進と試料の一様性の向上を行った。その結果、上記プロセスの回数が増えるとともに、試料からのLi量が減少していくことがわかった。一方、Liを欠損させすぎると、結晶構造が保持されなくなることがわかった。また、前段階と途中段階の粉砕・混合・加圧成型では後者の方が有効であった。これまでは、電気抵抗の減少が観測される試料と反磁性の観測される試料が異なることが大きな問題であったが、今回、途中段階において加圧成型後900℃、40から70時間熱処理した試料において、同一の試料において約15Kで電気抵抗の急激な減少と反磁性を観測することができ。また、第2種超伝導体に特徴的な磁化の磁場依存性も観測されている。しかし、粉末X線回折から大まかに判断されるLixBC量に比べ、反磁性が超伝導と仮定した場合の超伝導分率が数％程度と小さいため、これが、本質的なものがどうか、あるいはLi量xが局所的に異なり、その中の最適な領域だけで反磁性が観測されているのかはまだ結論を出すことができない。後者の場合には、その解明は難しく、検討を要する。
2次電池の負極材料への応用に関しては、研究は若干遅れているが、放電容量の増加のために、Siとのコンポジット化を乳鉢混合法とメカニカルミリング法の2種類で行い、後者の方がクーロン効率が高いことが分った。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度における研究計画は以下の2点である。
(1)新超伝導物質探索では、試料作製方法の改良により、電気抵抗の急激な減少と反磁性が同一試料で得られるようになってきたが、電気抵抗の異常や反磁性が観測される温度はほぼ同じ試料でも、試料ごとにLi量xにばらつきがみられた。また、測定された反磁性が超伝導と仮定した場合の超伝導体積分率から見積もられるLixBCの量が、粉末X線回折測定から評価したLixBCの量を大きく下回っている。その原因には、試料の一様性の問題もあるが、今後は電気化学的な方法によりLi量xを評価できるようにする。さらに、超伝導体積分率の増大を目指す。また、電気化学的なLiのサイクリックな吸収・放出による電極特性に関する実験は行われているが、電気化学的にLiをデインターカレーションした段階で試料をとりだし、その電気特性を評価することはまだ行っていないので、これも、今後の課題であり、早急に対応したい。
(2)2次電池の電極材料としては、LixBC自身のサイクル特性は良好だが、放電容量は小さい。一方、Siとコンポジット化すると、充放電容量が増加したがサイクル安定性は減少した。今後は、その原因究明と、LixBCとSiの混合比および、メカニカルミリング法の最適条件の探索し、電極性能の向上をはかる。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
本年度は、試料合成のためのタンタル管を購入するのにとどまった。他の実験用材料については現有のものでまかなえたため。
本年度は、試料作成および研究発表などに使用する予定である。
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