| 研究課題/領域番号 |
19K15657
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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小区分36010:無機物質および無機材料化学関連
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| 研究機関 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
谷端 直人 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30803803)
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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: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2019年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | ナトリウムイオン電池 / 全固体電池 / アニオンレドックス / アモルファス化 / 硫黄レドックス / 単味電極 / 抵抗解析 / 高容量レドックスの材料設計指針 / 高容量 / 電極材料 / 電池 / 硫黄 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
蓄電池の高容量化を実現するために注目されている、酸素や硫黄のようなアニオンによるレドックス反応において、電極劣化の要因となる酸素または硫黄の脱離反応を抑制する遷移金属の選択が重要となるが、その選択指針は定まっていない。申請者は高容量化と硫黄脱離反応抑制を実現するためには、遷移金属と硫黄の高い共有結合性が有効であると考えており、充放電中の遷移金属硫化物電極について、散乱測定による3次元構造解析と第一原理計算を連携することで、遷移金属と硫黄間の共有結合性に基づく仮説の妥当性を検証し、高容量化に必要な硫黄脱離反応の抑制指針を取得する。
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| 研究成果の概要 |
高エネルギー密度かつ低コストの蓄電池の開発が求められている。本研究では、高容量アニオンレドックス特有の大きな構造変化に伴う緩慢な速度論をアモルファス化により改善することに成功した。アモルファス型Na3FeS3は単味電極にも関わらず、ほぼ完全なアニオンレドックスの2電子反応を可逆的に実現した。また、結晶性の二相共存反応に伴う急激な構造変化が、固溶反応による緩やかな変化になっていることがわかった。加えて、結晶型では見られないランダムな伝導経路により高拡散性を有することがわかった。以上から、高速なアニオンレドックスの実現のために、アモルファス化が有効な1つの手段であることが示唆された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
マイクログリッドの構築に向けて、高エネルギー密度かつ低コストの蓄電池が求められている。そんな中、高容量化を実現する可能性を有するアニオンレドックスが世界中で盛んに研究されているが、アニオンレドックス時の大きな構造変化に伴う緩慢な速度論が大きな問題となっていた。本研究では、その問題をアモルファス化によって改善できる例を示し、高容量化を実現しており社会的意義は大きいと考えられる。また、そのメカニズムを実験及び計算科学を組み合わせて解明し、新たな設計指針を示している点は学術的にも意義が大きいと考えられる。
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