| 研究課題/領域番号 |
21H02048
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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 | 奈良女子大学 (2022-2023)
京都大学 (2021) |
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研究代表者 |
山本 健太郎 奈良女子大学, 工学系, 准教授 (90755456)
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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 |
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2023年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2022年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2021年度: 13,260千円 (直接経費: 10,200千円、間接経費: 3,060千円)
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| キーワード | 全固体フッ化物イオン二次電池 / 正極材料 / アニオンレドックス / 分子形成 / 全固体フッ化物電池 / インターカレーション正極 / フッ化物イオン二次電池 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
フッ化物イオンをキャリアとするフッ化物イオン二次電池はリチウムイオン二次電池を超える蓄電デバイスとして期待されているものの、高容量・高出力・高寿命な正極材料が見つかっていないことが課題となっている。本研究では、規則的な酸素空孔を有する鉄系層状酸化物に着目し、酸化物アニオンの電荷補償を用いた過剰なフッ化物イオンの挿入・脱離反応、ならびにフッ化物イオンの拡散パスを制御することにより、超高容量・高出力・高寿命なフッ化物イオン二次電池用正極を創成する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、Infinite layer構造を有するSrFeO2をベースとしたCa置換体およびBa置換体に着目し、電気化学特性評価と反応機構解明を行った。SrFeO2は充電初期にはFe、充電後期にはOが電荷補償を担っており、Oが電荷補償担う際には分子状の酸素が形成することで結晶構造から予想されるよりも多くのフッ化物イオンが挿入可能であることを明らかにした。さらにSrFeO2にCaをドープすると容量は最大で580 mAhg-1まで増加すること、一方でBaをドープするとinfinite layer構造内の層間距離が広がることで出力特性が向上することを明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では、SrFeO2がFeの電荷補償とO2分子の形成を伴うOの電荷補償を利用することで、結晶構造から予想されるよりも多くのフッ化物イオンが挿入可能であり、高い可逆容量を発現することを示した。さらにSrFeO2にCaをドープすると容量は最大で580 mAhg-1まで増加すること、Baをドープするとinfinite layer構造内の層間距離が広がることで出力特性が向上することを示した。これらの成果は高容量、高出力な全固体フッ化物イオン二次電池の正極材料を開発する上で重要な知見であり、学術的・社会的意義は大きい。
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