| 研究課題/領域番号 |
15H01999
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
ナノ材料化学
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
京谷 隆 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (90153238)
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| 研究分担者 |
西原 洋知 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (80400430)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2018年度)
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| 配分額 *注記 |
41,340千円 (直接経費: 31,800千円、間接経費: 9,540千円)
2018年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
2017年度: 10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円)
2016年度: 11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円)
2015年度: 11,830千円 (直接経費: 9,100千円、間接経費: 2,730千円)
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| キーワード | ゼオライト鋳型炭素 / リチウムイオン二次電池 / 正極材料 / カーボンエッジサイト / 電気化学的安定性 / 単層グラフェン / リチウムイオンキャパシタ / 電気化学キャパシタ / リチウムイオン電池 / 正極 / 多孔質炭素 / 電気化学 / 含酸素官能基 |
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| 研究成果の概要 |
ゼオライト鋳型炭素（zeolite-templated carbon: ZTC）は大量のエッジサイトをもつ。本研究では、このエッジサイトに酸化還元能を有するキノン基等の官能基を化学修飾することで、ZTCをリチウムイオン二次電池の高容量高出力正極材料にしようと試みた。ZTCへのキノン基の効率的な導入には成功したが、キノン基は酸化還元サイトにはならないことが判明した。その代わりに、高電位でZTC中のフラン環が酸化還元サイトになることを明らかにした。さらに、この研究を通じて、炭素表面化学と電気化学的劣化の関係を明らかにするとともに、エッジサイトの極めて少ない大表面積多孔質炭素の鋳型合成にも成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
リチウムイオン二次電池は電気自動車の電池としてはエネルギー密度がまだまだ小さく、とくに正極容量の向上が強く求められている。今まで正極材料としてはコバルトやニッケル等が使用されてきたが、本研究では我々が開発したゼオライト鋳型炭素を正極材料として応用した。その結果、炭素材料であっても、その構造を分子レベルで制御すれば高容量の正極材料になる可能性があることを示した。とくに、炭素材料の場合は水素含有量を減らすとともに電気化学的に安定な酸化還元サイトを導入することが重要であることを具体的に明らかにしており、今後の高容量正極材料開発の指針となり得る。
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