| 研究課題/領域番号 |
21H01076
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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14030:プラズマ応用科学関連
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| 研究機関 | 名城大学 |
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研究代表者 |
内田 儀一郎 名城大学, 理工学部, 教授 (90422435)
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| 研究分担者 |
茂田 正哉 東北大学, 工学研究科, 教授 (30431521)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2022年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
2021年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円)
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| キーワード | 低温プラズマプロセス / プラズマ流れ反応場 / ナノ複合材料 / Liイオン電池 / ゲルマニウム / ナノ粒子プラズマプロセス / 反応性流れ場 / ナノ粒子プラズマロセス / 反応流れ場 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
電気自動車の長距離走行を可能とする次世代の高性能Liイオン電池の実現には、ナノ材料膜の構造制御が必要不可欠である。この課題に対し本研究では、低温プラズマ流れ場をキーパラメータとした新規プラズマプロセスにより、ナノ構造が精密に制御されたナノ複合材料膜をシングルステップで作製する。その実現のために、低温プラズマ中のガス流速を低速から高速まで系統的に制御し、ナノ複合材料膜の微細形態と多孔度を定量的に評価する。その結果に基づき最終的にナノ構造制御のための学術モデルを提案する。さらに発展として、新規プラズマプロセスで作製したGe/Snナノ複合材料を負極に用いて、高容量・低劣化Liイオン電池を実証する。
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| 研究成果の概要 |
本研究の目的は低温プラズマ流れ反応場を用いて、ナノ材料膜の微細構造を制御することにある。プラズマ反応場のガス流量(流速)を変えることによりGeナノ粒子の粒径を40～100 nmの範囲で制御できた。また、2つのプラズマ流れを持つ反応場において、低ガス流速ではGeSnナノ粒子が凝集したナノ構造膜が、一方、300 sccm以上の高ガス流速では、直径100ミクロン程度のナノピラーが規則的に配列した特異的なナノ構造膜が形成された。発展としてGeナノ構造膜上をCナノ構造膜でキャップしたC/Ge/C積層膜を負極とするLiイオン電池で、90サイクル後にカーボン負極の約3倍の910 mAh/gを実証した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
Liイオン電池の高容量負極の実現において、負極材料の物性に加え、膜の微細構造が電池性能を左右する重要因子となっている。本研究では低温プラズマ流れ反応場を用いて様々なナノ構造膜負極を作製し、最終的にLiイオン電池で90サイクル後にカーボン負極の約3倍の910 mAh/gを実証した。この研究成果の学術的意義は、低温プラズマ流れ反応場を用いてナノ構造膜の形態を多彩に制御できることを見出した点にある。また、この知見をLiイオン電池負極膜に展開し、実際に高容量と低劣化を達成した。この電池の実証はカーボンニュートラル社会の実現に貢献するものであり、社会的にも意義がある研究成果である。
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