| Project/Area Number |
19K04998
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
白石 壮志 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (40292627)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | リチウム空気電池 / 炭素材料 / オペランド測定 / カーボンナノチューブ / シームレス活性炭 / 酸化物触媒 / 小角・広角X線散乱 / X線吸収分光 / カーボンエアロゲル / 細孔構造 / 触媒 |
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| Outline of Research at the Start |
炭素材料正極には、物質輸送特性と大きな細孔容積が必要となる。既報では、炭素繊維シート電極や成形電極を用いており、細孔構造の影響や、担持触媒の評価が困難である。そこで本課題では、一枚板状の無粒界な構造を持ち、抵抗を無視しうる炭素材料を用いる。これにより細孔構造と放充電特性の関連を解明する。また、触媒の効果について検討を行う。特に本課題では、酸化物触媒と貴金属ナノ粒子を同時に用いる。これは酸化物触媒が大きな電気抵抗を示すためであり、貴金属NPを酸化物触媒上に担持させることで、電気伝導性を付与するとともに触媒効果増強を目指す。このようにして複合的な触媒が電池特性に与える効果を解明する。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, we investigated how the properties of carbon electrodes, electrolyte additives, and electrocatalysts affect the charge-discharge characteristics of lithium-air batteries with carbon nanotubes and seamless activated carbon as cathode electrodes. Using synchrotron radiation along with laboratory equipment, small-angle and wide-angle X-ray scattering and X-ray absorption spectroscopy were performed to trace the time-resolved structural changes in the electrode and changes in the state of materials within the electrode during the charge discharge state. Based on the experimental results, the electrode parameters and catalyst preparation methods were combined to improve the charge-discharge cycle characteristics, and 100 charge-discharge cycles with a capacity of 500 mAh/g were achieved.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
電気自動車の普及や再生可能エネルギーの効率的な利用に向け、高容量の電池やキャパシタの開発が求められている。本研究では次世代蓄電池の一種であるリチウム空気電池に着目し、電極構造、電解液、触媒の観点から各種パラメータがどのように電池性能に寄与しているか明らかとし、基礎的は知見を得ることを目的とした。X線を用いる分析法の適用では、放充電状態におけるオペランド測定システムを構築し、マルチスケールでの構造解析を目指した。その結果、電極内での酸化物結晶の生成や電極の構造変化を確認することができた。また、従来の評価方法における問題点を明らかとし、触媒効果によるサイクル特性も改善した。
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