| 研究課題/領域番号 |
21H04633
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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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 |
中区分27:化学工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
野田 優 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (50312997)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 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 |
42,250千円 (直接経費: 32,500千円、間接経費: 9,750千円)
2023年度: 14,690千円 (直接経費: 11,300千円、間接経費: 3,390千円)
2022年度: 12,220千円 (直接経費: 9,400千円、間接経費: 2,820千円)
2021年度: 15,340千円 (直接経費: 11,800千円、間接経費: 3,540千円)
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| キーワード | 二次電池 / カーボンナノチューブ / 窒化ホウ素ナノチューブ / 安全 / 高性能 / 低炭素化 / 技術評価 / ライフサイクルアセスメント / ナノチューブ / 安全・高性能 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
リチウムイオン電池等の二次電池は、低炭素社会の基幹技術の一つとして期待されている。エネルギー密度等の性能向上と同時に安全性の確保も一層重要である。本研究では柔軟で高耐熱な無機ナノチューブを用いて性能と安全性を両立する。カーボンナノチューブベースの柔軟電極に、窒化ホウ素ナノチューブセパレータを組み合わせ、高容量活物質の性能を引き出し補助材料を削減してエネルギー密度を向上、熱に耐え歪を吸収して安全性を確保する。低炭素化には充電電力に加えて電池の製造・廃棄の負荷低減も欠かせず、補助材料削減と簡易・高速製造で負荷を低減する。ライフサイクルアセスメント等で環境負荷を定量評価、社会に役立つ技術を開発する。
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| 研究成果の概要 |
リチウムイオン電池(LIB)の性能・安全性向上と環境負荷低減を両立すべく、技術の開発と評価を両輪で進めた。カーボンナノチューブ(CNT)と活物質粒子のみからなる自立膜電極を開発、Li負極-Li2S8正極全電池で高エネルギー密度を、SiO負極-NCM正極全電池で良好なサイクル特性を実現した。さらに絶縁体の窒化ホウ素ナノチューブ(BNNT)の自立膜をセパレータに用いたLi負極-LTO正極全電池で150℃動作も実現した。ライフサイクルアセスメント(LCA)により電池製造に伴う温室効果ガス(GHG)排出も評価、金属箔レスによりGHGが減るが、Li負極や溶媒の削減がGHG削減に重要と明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
LIBは製造に大きなGHG排出を伴い、Li、Co、NiやCuなどの資源にも問題を有す。本研究ではCNTと活物質のみで電極を構築して補助材料を削減、各種の正極・負極材を用いて全電池を実証した。性能に加え安全性の担保も欠かせない。耐熱性に優れるBNNTセパレータとイオン液体電解液を用いて150℃の高温全電池動作を達成した。開発技術の環境影響の客観的・定量的な評価も欠かせない。Li負極-Li2S8正極全電池に対してLCAを実施、硫黄正極と金属箔削減はGHG排出を削減するが、Li負極や溶媒の負荷が大きいことを見出した。新技術の開発と評価の両輪の実践によりその有効性を示した。
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