| 研究課題/領域番号 |
19K04998
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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26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 群馬大学 |
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研究代表者 |
畠山 義清 群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (90633313)
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| 研究分担者 |
白石 壮志 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (40292627)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2019年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
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| キーワード | リチウム空気電池 / 炭素材料 / オペランド測定 / カーボンナノチューブ / シームレス活性炭 / 酸化物触媒 / 小角・広角X線散乱 / X線吸収分光 / カーボンエアロゲル / 細孔構造 / 触媒 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
炭素材料正極には、物質輸送特性と大きな細孔容積が必要となる。既報では、炭素繊維シート電極や成形電極を用いており、細孔構造の影響や、担持触媒の評価が困難である。そこで本課題では、一枚板状の無粒界な構造を持ち、抵抗を無視しうる炭素材料を用いる。これにより細孔構造と放充電特性の関連を解明する。また、触媒の効果について検討を行う。特に本課題では、酸化物触媒と貴金属ナノ粒子を同時に用いる。これは酸化物触媒が大きな電気抵抗を示すためであり、貴金属NPを酸化物触媒上に担持させることで、電気伝導性を付与するとともに触媒効果増強を目指す。このようにして複合的な触媒が電池特性に与える効果を解明する。
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| 研究成果の概要 |
本研究ではカーボンナノチューブやシームレス活性炭を正極とするリチウム空気電池について、炭素電極の特性、電解液への添加物、電極触媒がどのように放充電特性に影響するか明らかとした。研究室の装置とともに放射光を用いることで、小角・広角X線散乱、X線吸収分光のオペランド測定を実施し、放充電状態における電極内の構造変化や電極内での物質の状態変化を時間分解で追跡した。実験結果を元に電極のパラメータと触媒の調製方法を組み合わせることで放充電サイクル特性が向上し、容量500 mAh/gでの放充電100サイクルを達成した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
電気自動車の普及や再生可能エネルギーの効率的な利用に向け、高容量の電池やキャパシタの開発が求められている。本研究では次世代蓄電池の一種であるリチウム空気電池に着目し、電極構造、電解液、触媒の観点から各種パラメータがどのように電池性能に寄与しているか明らかとし、基礎的は知見を得ることを目的とした。X線を用いる分析法の適用では、放充電状態におけるオペランド測定システムを構築し、マルチスケールでの構造解析を目指した。その結果、電極内での酸化物結晶の生成や電極の構造変化を確認することができた。また、従来の評価方法における問題点を明らかとし、触媒効果によるサイクル特性も改善した。
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