2015 Fiscal Year Research-status Report
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26870385
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
後藤 和馬 岡山大学, 自然科学研究科, 助教 (20385975)
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2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ナトリウムイオン電池 / 炭素材料 / ナノ細孔 / 固体NMR / 黒鉛層間化合物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ナトリウムイオン電池負極炭素にドープされたナトリウムの吸蔵状態や吸蔵サイトについて固体核磁気共鳴（NMR）を用いて明らかにし、充放電挙動や不可逆容量との関係を解明すること、および各種アルカリ金属が導入された炭素化合物の状態分析から炭素内のグラフェン層とアルカリ金属の相互作用を考察することを目的として実験を進めている。
平成27年度は、構造の異なる複数の難黒鉛化性炭素（ハードカーボン）サンプルを作製し、各サンプルに電気化学的に導入されたナトリウムについて固体23Na NMRにより状態を調べた。多量子NMR測定(MQMAS法)などを用いた実験から、1800度以上で焼成されたハードカーボン中ではナトリウムの吸蔵サイトが減少し容量が低下するほか、吸蔵状態自体が不安定になることが明らかとなった。共同研究にて密度汎関数法によりリチウムおよびナトリウムの炭素上での安定構造についての計算を行い、NMRの実験結果と合わせて考察した。この結果から、ナトリウムが炭素細孔内で半金属的クラスターを形成しない理由、リチウムでは容量（吸蔵量）の得られない1600℃焼成炭素でもナトリウムでは高容量が得られる理由について矛盾なく説明できるクラスターモデルを構築することができた。現在、本研究結果については論文投稿中である。
ナトリウムがエチレン-d4-ジアミンやテトラヒドロフラン-d8などの重水素化有機分子と黒鉛層間に共挿入された三元系黒鉛層間化合物を作製した。これらの23Naおよび2H固体NMR測定から、アルカリ金属イオンや有機分子の層内での構造および動的挙動を明らかにし、論文として報告した。また関係する研究として、層状無機化合物（MXene）の層間に電気化学的に導入されたナトリウムについてのNa NMR観察から、ナトリウムイオンの挿入脱離挙動や吸蔵モデルを明らかにし、論文として報告した。
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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
研究実施者の所属する機関（岡山大学）に設置された固体NMR装置が平成27年度9月に故障し、修理に年度末までかかった。実験に関して困難が生じたが、岡山大学で行えなくなった実験については物質・材料研究機構（つくば）の共同利用施設を利用して行うことができた。そのため、当初の予定より予算中における旅費の割合が増加したが、予定していた研究を遂行することができた。
研究開始当初は検討していなかった計算化学とのコラボレーションを行うことにより、本研究における主要題目である「ナトリウムが炭素細孔内で半金属的クラスターを形成しない理由、リチウムでは容量（吸蔵量）の得られない1600℃焼成炭素でもナトリウムでは高容量が得られる理由」が明らかにされつつあり、研究は順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度の研究で得られた実験結果や考察を元に投稿している論文を出版し、本研究の目的を達成する。
また、難黒鉛化性炭素以外の炭素や、炭素以外のナトリウム電池負極についてもさらに研究を広げ、ナトリウムのインターカレーション現象についてより詳細な理解を目指すと共に、普遍的な構造モデルの炭素－金属ハイブリッド電極の開発につながる基礎データを得る。
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| Causes of Carryover |
27年度末に窒素ガス等の消耗品として執行する予定であったが、見込みより使用量が少なかったため、昨年度中に購入せず、結果として小額（2992円）の残額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
27年度残額分については窒素ガスや試薬等の消耗品費として執行する。
28年度の経費については予定通り執行する。
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