| 研究課題/領域番号 |
19H02817
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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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 |
小区分36020:エネルギー関連化学
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| 研究機関 | 鳥取大学 |
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研究代表者 |
薄井 洋行 鳥取大学, 工学研究科, 准教授 (60423240)
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| 研究分担者 |
坂口 裕樹 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (00202086)
道見 康弘 鳥取大学, 工学研究科, 准教授 (50576717)
小廣 和哉 高知工科大学, 環境理工学群, 教授 (60170370)
田中 俊行 地方独立行政法人鳥取県産業技術センター, 無機材料グループ, 研究員 (30713771)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2020年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2019年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
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| キーワード | ルチル型酸化チタン / 不純物元素ドーピング / ナトリウムイオン電池 / リチウムイオン電池 / 酸素欠損 / 単結晶 / 粒子形状 / 電荷密度 / 負極 / 結晶性 / 負極材料 / 不純物ドープ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ルチル型TiO2は，Liイオン電池負極として，非常に安価で資源豊富な材料であり，その結晶のc軸方向に格段に高いLi+拡散能を有する．ただし，ab面内方向にはLi+の拡散が非常に遅いため性能が致命的に制限され，これまで全く注目されてこなかった．応募者は結晶性の向上とNbのドープという独自の工夫によりこの問題を克服し，大幅な高性能化に成功している．本研究では，このc軸方向の高いLi+拡散能を最大限に活かすべく，Nb以外の他の不純物元素のドープを行うとともに，TiO2粒子の形状・サイズの最適化を行う．これにより，Li+拡散能を極限にまで高めた全く新しい負極材料を創製する
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| 研究成果の概要 |
ナトリウムイオン電池の負極活物質として，c軸方向に一次元的な拡散経路を有し，電子伝導性が低いルチル型TiO2に着目し，独自の材料化学的方法論に基づきその潜在的性能を引き出す取り組みを行った．水熱合成法で調製したNb-doped TiO2に酸素欠損を導入すると長期サイクル性能が向上することを見出した．Taをドープした場合には拡散経路内の電子の電荷密度が減少し，高速充放電特性の改善に成功した．In-doped TiO2においては，粒子長さを短縮化することでその利用率が向上することも見出した．以上の結果により材料化学的な工夫を凝らしたルチル型TiO2が有望な負極材料候補となることが示された．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
ルチル型TiO2は独自の長所と課題を併せ持つ負極活物質である．研究代表者はその課題を克服し長所を最大限に活かすべく，水熱合成法による単結晶化，不純物元素のドープ，酸素欠損の導入および粒子長の短縮化などの種々の材料化学的な方法論を考案し確立した．TiO2へのドープが可能な不純物元素はNbやTa，In以外にも数多く存在するうえに，ドープの効果に関する知見はアナターゼ型TiO2や他のチタン酸化物に対しても適用可能である．また，本研究で開発したルチル型TiO2負極はリチウムイオン電池や酸化物系部材で構成される固体電池への展開も充分に期待できるものであり，今後の発展性に極めて富むものである．
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