2013 Fiscal Year Research-status Report
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25420749
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Kogakuin University |
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Principal Investigator |
高羽 洋充 工学院大学, 工学部, 教授 (80302769)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | リチウム空気電池 / 充放電曲線シミュレータ / 計算化学 / マルチスケールシミュレーション / カソード空気極 / 格子ボルツマン法 / 細孔閉塞 / カーボン |
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| Research Abstract |
本年度は、まず三相界面での反応を明らかにするために、Li+と空気中の様々な成分との複雑なカソード反応が電池性能に及ぼす影響をシミュレーションできる数値シミュレータを開発した。またLi+との反応生成物の析出過程を第一原理分子動力学法を用いて原子レベルから検討した。具体的には、リチウム空気電池のカソード極放電析出物であるLi2O2がカーボン上でどのような形で析出するかを原子レベルで解明するために、第一原理分子動力学法を用いてシミュレーションを行った。その結果、Li2O2の析出層が1nm以下の場合には伝導性が維持されるとの結果を得た。これはLi2O2が不完全な結晶として析出しやすい場合には伝導性が発現し放電反応が継続されることを意味している。以上のように、空気極の三相界面での反応を明らかにし、それを組み込んだ格子ボルツマンシミュレーションプログラムの開発も行った。また、以上の第一原理計算の結果を基に構築したモデルを組み込んだ数値シミュレータを開発し解析を行った。Li2O2の電気抵抗率が放電容量にどのような影響を与えるかを解析するためにLi2O2の電気抵抗率を考慮した計算を行った。結果としては、Li2O2の電気抵抗率の放電容量への影響はほとんどみられなかった。したがって、Li2O2の電気抵抗率が放電容量への主な要因ではなく、細孔閉塞による空気拡散の阻害が主な要因であることが明らかとなった。次にカーボンの空隙率を変えて同様の計算を行った。カーボンの細孔径を20Åと40Åとすると、その時の空隙率がそれぞれ0。75と0。86となる。その結果、空隙率の上昇に伴い起電力は若干低下するが、放電容量は大幅に改善することを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度の目標は、メソスケール・カソード構造の仮想モデリング基盤の開発、および三相界面領域のシミュレーション技術の開発であった。１番目の検討項目については、反応生成物による微細構造変化を仮想的に三次元化できるシミュレーションプログラムを計画通りに開発した。また、２番目の項目については当初の目的に加え、量子分子動力学法による山荘海面での析出物の動的挙動の解明を行った。このように当初の計画に加え、さらに詳しい会席ができたことから、当初の計画以上に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
計画も基づき、電流-電圧曲線を解析できるシミュレータを開発する。具体的には、電気伝導度や、イオン移動度などをマクロシミュレーションで評価して、それを反映して、電池全体の性能をシミュレーションできる方法論を確立する。さらに、反応生成物による電池容量の変化をシミュレーションできるようにシミュレータをさらに発展させる。これらの項目手についてはすでに一部成果がでており、着実な進展が期待できる。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
所属機関が変わったことなどの事情で購入計画が遅れているため。
シミュレーション用コンピュータであるパーソナルクラスタを平成２５年度の計画通りになるべく早期に購入する。
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Research Products
(5 results)
