| 研究課題/領域番号 |
20H02842
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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 | 京都大学 |
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研究代表者 |
宮崎 晃平 京都大学, 工学研究科, 准教授 (10512783)
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| 研究分担者 |
若林 裕助 東北大学, 理学研究科, 教授 (40334205)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 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 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2022年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2021年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2020年度: 10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)
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| キーワード | 蓄電池 / グラファイト層間化合物 / アニオン / 黒鉛層間化合物 / 濃厚水溶液 / 高濃度水溶液 / 電気化学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
水溶液を用いた次世代蓄電デバイスの基盤技術創出を目指す。本研究で着目するのは、水・電解質塩・グラファイトのシンプルな構成で高安全性・低環境負荷なエネルギー貯蔵を可能にする特異な現象である。これは電解質濃度を限界まで高めた水溶液で有機アニオン-グラファイト層間化合物（GIC）が生成し、水分子と反応することなく極めて高い酸化状態が維持される、申請者らが見いだした電気化学現象である。そこで、非常に興味深い「水系アニオンGIC」の電気化学的挿入・脱離に関する知識体系の確立と、新たな蓄電デバイス（革新二次電池、電気二重層キャパシタ）への応用展開を目的とする。
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| 研究成果の概要 |
元素戦略的な観点から、コバルトやニッケルなどを含まない蓄電池用正極を構築することが求められている。また、蓄電池の安全性を高めるために、水溶液を電解液に用いることが望ましい。これらの課題を解決するアプローチとして、アニオンを黒鉛材料に挿入したグラファイト層間化合物であるアニオンGICを用いて、蓄電池正極を構築することを目指した。特に酸化耐性が高い、フッ素含有アニオンを挿入種を検討した結果、鎖長の長いアニオンは挿入後に黒鉛層間に残存しやすく、挿入脱離の可逆性を損なうことが明らかになった。これらの結果は、アニオンGICを蓄電池材料として用いる際に、アニオン種の適切な選択に有効な知見を与える。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
アニオンGICを利用した正極活物質は、元素戦略的に有利であるだけでなく、有機溶媒に起因する環境負荷や製造コストを低減することが期待されている。しかし、挿入種であるアニオンに幅広い選択肢があり、どのような観点で選択すれば良いか、というクライテリアが確立されていない。本研究で得られた知見は、アニオンの鎖長が充放電反応において、可逆性に大きな影響を与える因子であることを明らかにするものであり、新たな蓄電池反応として期待されているアニオンGICの性能向上につながる成果である。
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