| 研究課題/領域番号 |
20K15376
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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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| 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 | 東京大学 |
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研究代表者 |
春山 潤 東京大学, 物性研究所, 助教 (80772003)
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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 |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | Liイオン電池 / 第一原理計算 / 電気化学 / 金属/水界面 / 燃料電池 / 非線形分光 / リチウムイオン電池 / 電気化学反応シミュレーション / 電極/電解液界面 / 電荷移動反応 / 溶液理論 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
リチウムイオン電池の主なセル抵抗は電極/電解液界面の電荷移動抵抗である. 抵抗低減に 向けた取り組みとして, 研究代表者はグラファイト電極/電解液界面における電荷移動反応に着目し, 密度汎関数理論+溶液理論計算による微視的シミュレーションをこれまで行った. しかし, 不動態被膜の存在下での活性化障壁も検証の必要があり, グラファイトへの共挿入現象も電荷移動過程を理解するため重要である. 本研究ではグラファイト電極/不動態被膜/電解液界面における電荷移動反応の計算を実験と比較検証する, またグラファイト電極を使用する際に現れる共挿入現象の電気化学的な理解を目指した研究を提案する.
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| 研究成果の概要 |
リチウムイオン電池 (LIB) はその優れた特性から電気自動車の搭載用途として研究開発が行われている. LIBを電気自動車に利用する際に, インピーダンス測定から得られる各抵抗成分の律速過程を(微視的に)理解することが急速な充放電を実現するために必要となる. 本研究課題では主にグラファイト電極中のLi拡散に伴う反応機構(構造変化)を扱い, 高ステージLi挿入グラファイトの熱力学的な安定性の解析を第一原理計算で見積られる自由エネルギーから議論した. 結果としてLiC18組成における最安定状態, グラファイトの積層構造転移組成をオペランド放射光X線回折の実験結果と比較し良く整合することを示した.
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
Li挿入に伴うグラファイトのステージ構造変化はLiイオン電池研究の初期から行われている古典的なテーマであるが, 本研究課題はより高ステージの構造変化を扱った. 結果第一原理計算の精密な自由エネルギーで実験の多くを説明することが出来, 第一原理自由エネルギー解析の有効性を示した. 今後はより解析を進めることで, グラファイト内のLi拡散経路の精査から急速な充放電実現のための知見が得られると期待される.
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