| 研究課題/領域番号 |
18K05290
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分36020:エネルギー関連化学
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| 研究機関 | 成蹊大学 (2019-2023)
東京農工大学 (2018) |
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研究代表者 |
齋藤 守弘 成蹊大学, 理工学部, 教授 (20408719)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2019年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
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| キーワード | リチウム空気電池 / 空気極触媒 / 酸化マンガンナノシート / ナノカーボン / 複合触媒 / 高比表面積 / 層間カチオンの効果 / ナノカーボン複合体 / 一段階合成法 / 界面・層間カチオン / リチウム空気極 / フリーズドライ法 |
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| 研究成果の概要 |
本研究では、非水系Li空気電池（LAB）の実用化へ向けて、MnO2ナノシート（MnNS）とナノカーボン（主に、ケッチェンブラック（KB））を複合した新規空気極触媒の合成法を検討した。また、これらを用いたLAB試験セルを作製し、放充電特性を評価した。その結果、MnNSコロイド溶液中でKBを混合、更にはKB分散溶液中でMnNSを合成すると、より均一なナノ複合化や合成プロセスの簡略化が可能となり、触媒活性も向上することを見出した。加えて、ナノシート層間に介在するLi+が放電時に表面反応によるスムーズな非結晶Li2O2の生成を促進し、充電過電圧の低減やサイクル寿命の向上へ寄与することを明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本触媒は、酸化物由来の固体触媒でありながら200 m2 g-1以上の比表面積を有し、全て単層シートであれば理論的には全ての活性サイトが露出し、高効率に酸素還元反応（ORR）や酸素発生反応（OER）を促進するものと考えられる。また、ナノシート層間には電荷補償のため、様々なカチオンやH2O等の溶媒分子を介在でき、反応場に必要なイオンや溶媒分子を保持して触媒反応を促進し、学術的に興味深い。本研究のLAB環境下では高分散化とLi+介在で表面反応がより促進され、充電時に分解し易い非結晶Li2O2になり易いことも見出している。本触媒は亜鉛空気電池や水電解の空気極にも応用でき、社会的にも極めて有用である。
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