| 研究課題/領域番号 |
19H00882
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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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| 審査区分 |
中区分31:原子力工学、地球資源工学、エネルギー学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京農工大学 |
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研究代表者 |
直井 勝彦 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任教授 (70192664)
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| 研究分担者 |
近岡 優 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00908626)
沖田 尚久 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70846625)
岩間 悦郎 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90726423)
松村 圭祐 東京農工大学, 学内共同利用施設等, 特任助教 (60962206)
宮本 淳一 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任助教 (30450662)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
46,540千円 (直接経費: 35,800千円、間接経費: 10,740千円)
2023年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2022年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2021年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2020年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2019年度: 25,220千円 (直接経費: 19,400千円、間接経費: 5,820千円)
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| キーワード | キャパシタ / 省エネルギー / 再生可能エネルギー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
持続可能なエネルギー循環社会の実現に向けて、太陽光などの再生可能エネルギーを極めて効率良く受入れ、循環することができるエネルギーファシリテータが求められている。本研究では、そのような再生可能エネルギーを効率的に蓄電可能とする新規概念スーパーレドックスキャパシタ(SRC)の構築を目的とする。SRCを構成する戦略的電極材料として、大幅に高速化したリチウムインサーション系材料を独自の手法により創製し、材料本来が有している「電池的」性質を「キャパシタ的」性質へ転換し、アトミックスケールからマクロスコピックなスケールに至るまでの包括的なキャパシタ材料設計を行う。
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| 研究実績の概要 |
R4年度では正極材料候補であるLi3V2(PO4)3(LVP)に焦点を当て、異種金属置換によるLVPの安定性(耐水性)ならびに電気化学特性の変化、サイクル特性評価を行った。過去の研究報告より、LVPを正極として負極(例えばLi4Ti5O12:LTO)と組み合わせた電気化学セルにおいて、充放電に伴った容量劣化が起こることがわかっている。当研究グループの研究成果より、その劣化メカニズムとして、LVP正極からのバナジウム溶出がLTO負極上での電解液分解および堆積物生成を促進し、正負極の充放電効率に差が生じ、充電状態のずれが生じたものであると明らかにしている。本年度では、LVPへのTiの固溶によるバナジウム溶出の抑制とLTO//LVPフルセルのサイクル特性向上およびそのメカニズム解明を試みた。置換固溶種としては3価のバナジウムと同程度のイオン半径で六配位構造可能なものの中から、価数及び電気陰性度の異なるチタン、アルミニウム、マンガンの三種類を選択した。3種の中でも、チタン固溶によって、電気化学特性・安定性向上が最も大きいことが確認できた。LTO//Ti doped LVPフルセルでは10,000サイクルにおいて101.6 mAh g-1(容量維持率88.6%)の容量を発現し，LTO//LVPフルセル(76.2 mAh g-1, 容量維持率67.2%)と比較して発現容量、サイクル特性ともに向上した。サイクル後のLTO負極のSEM観察およびXPS測定から，LTO表面上の電解液分解物の減少が確認された。また，フルセル中の電解液のICP試験から，バナジウム溶出量が減少していることが確認され，チタン固溶によるバナジウムの溶出抑制とそれに伴うLTO上の堆積物の減少によるものであると結論付けられた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
チタンを異種金属置換の固溶種として用いることで、LVPの安定性(耐水性)を大幅に向上し、LTO/LVPフルセルにて長期サイクル特性も向上させることが確認できた。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度に得られたチタン固溶LVPの評価・解析を進め、さらにチタン以外の固溶種と比較することで、異種金属置換による安定性向上の詳細なメカニズム解明を行う。
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