研究課題/領域番号 |
20K05687
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研究種目 |
基盤研究(C)
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配分区分 | 基金 |
応募区分 | 一般 |
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 | 大阪公立大学 (2022) 大阪市立大学 (2020-2021) |
研究代表者 |
有吉 欽吾 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (80381979)
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研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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キーワード | リチウムイオン電池 / 電極反応速度論 / リチウムインサーション電極 / 固相拡散 / 電荷移動抵抗 / 接触抵抗 |
研究開始時の研究の概要 |
本研究では、リチウムインサーション材料の反応速度を測定しうる電気化学手法の開発ならびに様々な材料の反応速度の測定から反応速度論を確立することを最終的な目標とする。具体的には、材料の本質的な反応速度が測定可能な「希薄電極法」を適用し、リチウムインサーション材料の反応速度を明らかにするとともに、種々の材料における反応速度を比較・検討することで反応速度論の確立を目指す。
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研究実績の概要 |
本研究では、「希薄電極法」を適用することでリチウムインサーション材料の反応速度について定量的評価を行うとともに、「反応機構」「粒子サイズ」「結晶構造」の異なるリチウムインサーション材料の反応速度を比較することで、反応速度に影響を与える因子を明らかにすることを目的としている。 本年度は、5V級正極材料であるリチウム・ニッケル・マンガン酸化物に、チタンを置換することで、全反応領域にわたって均一相反応で進行する材料を合成し、リチウムインサーション反応機構が反応速度に与える影響について検討した。その結果、均一相反応は二相共存反応に較べて固相内リチウムイオン移動が速いことを見出し、その理由が固相内リチウムイオン拡散速度の向上によるものであることを、希薄電極法による速度論的検討により明らかにした。 本研究では希薄電極法を用いることで、固体内におけるリチウムイオンの移動速度について定量的に評価することが可能になったことで、リチウムインサーション反応の律速過程を特定できるようになるとともに、その速度論的パラメーターを用いることで種々のリチウムインサーション材料の反応速度について、定量的な比較を可能にするという点で学術的に意義がある。 また反応機構と反応速度との関係を見出いしたことは、従来では電池材料の高出力化を達成するには「粒子サイズ制御」もしくは「物性制御」という工学的手法に限られていたものが、新たに「反応機構制御」によっても高出力化が可能であることを明らかにした点で、工学的に重要である。
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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
当初の計画通り、希薄電極法を用いて種々のリチウムインサーション材料について速度論的解析を行うことにより、リチウムインサーション反応に影響を及ぼす因子を明らかにすることに成功している。また、本研究で当初予定していたスピネル型構造を有する「リチウム・ニッケル・マンガン酸化物」以外にも、層構造を有する「リチウム・コバルト酸化物」ならびに「リチウム・ニッケル酸化物」などについても同様に、希薄電極法を用いた速度論的解析に取り組んでいる。
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今後の研究の推進方策 |
今後の研究の推進方策として、スピネル型構造を有する「リチウム・ニッケル・マンガン酸化物」の速度論的解析としては、インサーション反応速度に対する粒子サイズの影響について検討する。 さらに、層構造を有する「リチウム・コバルト酸化物」ならびに「リチウム・ニッケル酸化物」などについても、希薄電極法を用いた速度論的解析により、その固相内リチウムイオン拡散速度を明らかにする予定である。
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