電極/電解質界面制御に基づく新規マグネシウム二次電池の創製

• 研究課題/領域番号: 15H05500
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: デバイス関連化学
• 研究機関: 立命館大学 (2016-2017); 京都大学 (2015)
• 研究代表者: 折笠 有基 立命館大学, 生命科学部, 准教授 (20589733)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 24,570千円 (直接経費: 18,900千円、間接経費: 5,670千円); 2017年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2016年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2015年度: 13,260千円 (直接経費: 10,200千円、間接経費: 3,060千円)
• キーワード: 二次電池 / マグネシウム / 電極／電解質界面 / マグネシウム二次電池 / 正極材料 / 充放電特性 / 蓄電池 / 無機工業化学 / 電気化学

研究成果の概要

マグネシウム二次電池は次世代二次電池の候補の一つとして期待されているが、二価のイオンであるマグネシウムイオンは固体内拡散が難しく、現状では室温で動作可能な正極材料が限られていた。本研究では、炭素と活物質微粒子の複合体を形成させることで、安定なマグネシウムイオン挿入脱離が進行することを見出した。この材料の反応機構を解析した結果、マグネシウムイオンの挿入脱離反応が中距離的な周期構造を保ったまま、進行していることが明らかになり、入出力密度が小さい多価カチオン二次電池の欠点を克服可能な、新規電極設計指針を開拓した。

研究成果

• [雑誌論文] Surface analysis of topmost layer of epitaxial layered oxide thin film: Application to delafossite oxide for oxygen evolution reaction (2018)
  • 著者名/発表者名: Toyoda Kenji、Adachi Hideaki、Miyata Nobuhiro、Hinogami Reiko、Orikasa Yuki、Uchimoto Yoshiharu
  • 雑誌名: Surface Science 巻: 668 ページ: 93-99
  • DOI: 10.1016/j.susc.2017.10.018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Charge-Discharge Property of Non-Stoichiometric Lithium Iron Silicate (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Matsui, M. Katayama, Y. Inada, Y. Orikasa
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 80 号: 10 ページ: 111-116
  • DOI: 10.1149/08010.0111ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural and Electronic-State Changes of a Sulfide Solid Electrolyte during the Li Deinsertion-Insertion Processes (2017)
  • 著者名/発表者名: Hakari Takashi、Deguchi Minako、Mitsuhara Kei、Ohta Toshiaki、Saito Kohei、Orikasa Yuki、Uchimoto Yoshiharu、Kowada Yoshiyuki、Hayashi Akitoshi、Tatsumisago Masahiro
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 29 号: 11 ページ: 4768-4774
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.7b00551
  • 査読あり
• [雑誌論文] In operando quantitation of Li concentration for a commercial Li-ion rechargeable batteryusing high-energy X-ray Compton scattering (2017)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Suzuki, Ayahito Suzuki, Taiki Ishikawa, Masayoshi Itou, Hisao Yamashige, Yuki Orikasa, Yoshiharu Uchimoto, Yoshiharu Sakurai and Hiroshi Sakurai
  • 雑誌名: J. Synchrotron Rad. 巻: 24 号: 5 ページ: 1006-1011
  • DOI: 10.1107/s1600577517010098
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hidden Two-Step Phase Transition and Competing Reaction Pathways in LiFePO4 (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Koyama, T. Uyama, Y. Orikasa, T. Naka, H. Komatsu, K. Shimoda, H. Murayama, K. Fukuda, H. Arai, E. Matsubara, Y. Uchimoto, Z. Ogumi
  • 雑誌名: Chem. Mater. 巻: 29 号: 7 ページ: 2855-2863
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.6b05000
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anti-site mixing governs the electrochemical performances of olivine-type MgMnSiO4 cathodes for rechargeable magnesium batteries (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Mori, T. Masese, Y. Orikasa, Z.D. Huang, T. Okado, J. Kim, Y. Uchimoto
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 18 号: 19 ページ: 13524-13529
  • DOI: 10.1039/c6cp00448b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discharge/charge reaction mechanisms of FeS2 cathode material for aluminum rechargeable batteries at 55°C (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Mori, Y. Orikasa, K. Nakanishi, C. Kezheng, M. Hattori, T. Ohta, Y. Uchimoto
  • 雑誌名: J. Power Sources 巻: 313 ページ: 9-14
  • DOI: 10.1016/j.jpowsour.2016.02.062
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ionic Conduction in Lithium Ion Battery Composite Electrode Governs Cross-sectional Reaction Distribution (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Orikasa, Y. Gogyo, H. Yamashige, M. Katayama, K.Z. Chen, T. Mori, K. Yamamoto, T. Masese, Y. Inada, T. Ohta, Z. Siroma, S. Kato, H. Kinoshita, H. Arai, Z. Ogumi, Y. Uchimoto
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 6 号: 1 ページ: 26382-26382
  • DOI: 10.1038/srep26382
  • NAID: 120005770751
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Operando X-ray Analysis of Hierarchical Reaction in Lithium-ion Battery (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuki Orikasa
  • 学会等名: International Battery Association 2017
  • 発表場所: 奈良春日野国際フォーラム（奈良県・奈良市）
  • 年月日: 2017-03-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Advanced Analysis of Nonequilibrium Phase Transition between LiFePO4 and FePO4 during Battery Operation (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuki Orikasa
  • 学会等名: 41th International Conference and Exposition on Advanced Ceramics and Composites
  • 発表場所: アメリカ フロリダ
  • 年月日: 2017-01-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Current Stage of Positive Electrode for Magnesium Rechargeable Battery (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuki Orikasa
  • 学会等名: International union of materials research society-International conference of advanced materials (IUMRS-ICAM) 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] X線吸収分光法を用いたリチウムイオン二次電池反応機構解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 折笠 有基
  • 学会等名: 日本分光学会 関西支部 2017年度講演会
  • 招待講演
• [学会発表] Reaction Distribution Analysis on Lithium-Ion Battery Electrode (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuki Orikasa
  • 学会等名: The 9th Asian Conference on Electrochemical Power Sources 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Charge-discharge Mechanism of Nonstoichiometric Lithium Iron Silicate (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryoji Matsui, Junya Furutani, Keisuke Yamanaka, Koji Nakanishi, Misaki Katayama, Yasuhiro Inada, Toshiaki Ohta, and Yuki Orikasa
  • 学会等名: 232nd ECS Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Magnesium Rechargeable Battery using Polyanion Compound Cathode and Ether-Based Electrolyte (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuki Orikasa, Yoshiharu Uchimoto
  • 学会等名: 1st International Symposium on Magnesium Batteries
  • 発表場所: ドイツ ウルム
  • 年月日: 2016-07-21
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 放射光を用いた蓄電池研究の最前線 (2016)
  • 著者名/発表者名: 折笠 有基
  • 学会等名: 立命館大学SRセンター研究成果報告会
  • 発表場所: 立命館大学びわこ・くさつキャンパス（滋賀県・草津市）
  • 年月日: 2016-06-11
  • 招待講演
• [学会発表] オペランド軟X線吸収分光法によるマグネシウム二次電池負極の負極・電解質界面における反応機構解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 服部 将司,山本 健太郎,森 拓弥,折笠 有基,中西 康次,谷田 肇,下田 景二,森 正弘,小山 幸典,為則 雄祐,内本 喜晴
  • 学会等名: 電気化学会第83回大会
  • 発表場所: 大阪大学 吹田キャンパス
  • 年月日: 2016-03-29
• [学会発表] その場軟X線吸収分光法を用いたマグネシウム二次電池負極の反応支配因子解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 服部将司, 山本健太郎, 森拓弥, 折笠有基, 中西康次, 谷田肇, 下田景二, 森正弘, 小山幸典, 為則雄祐, 小久見善八, 内本喜晴
  • 学会等名: 第56回電池討論会
  • 発表場所: 愛知産業労働センター
  • 年月日: 2015-11-11
• [学会発表] Operando X-ray absorption spectroscopic study on magnesium metal anode reaction for magnesium rechargeable battery (2015)
  • 著者名/発表者名: Masashi Hattori, Kentaro Yamamoto, Koji Nakanishi, Takuya Mori, Titus Masese, Yuki Orikasa, Yukinori Koyama, Zempachi Ogumi, Yoshiharu Uchimoto
  • 学会等名: 66th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2015-10-04
  • 国際学会
• [学会発表] Reaction Mechanism of Magnesium Deposition/dissolution for Magnesium Rechargeable Battery (2015)
  • 著者名/発表者名: Masashi Hattori, Kentaro Yamamoto, Takuya Mori, Yuki Orikasa, Koji Nakanishi, Hajime Tanida, Yusuke Tamenori, Keiji Shimoda, Masahiro Mori, Yukinori Koyama, Zempachi Ogumi, Yoshiharu Uchimoto
  • 学会等名: The 8th Asian Conference on Electrochemical Power Sources
  • 発表場所: Kunming, China
  • 年月日: 2015-08-21
  • 国際学会
• [図書] ポストリチウムに向けた革新的二次電池の材料開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 境 哲男(監修)
  • 総ページ数: 344
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 4860435230
• [備考] 研究内容
  • URL: http://www.rits-electrochemistry.com/invastigation/