| 研究課題/領域番号 |
21K04780
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分27030:触媒プロセスおよび資源化学プロセス関連
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| 研究機関 | 近畿大学 |
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研究代表者 |
岡 伸人 近畿大学, 産業理工学部, 教授 (80570209)
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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 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | 空気極触媒 / バナジン酸塩ガラス / 金属空気電池 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
導電性バナジン酸塩ガラスにより、金属空気二次電池用の空気極 (正極) 触媒を開発する。これまで触媒材料として、ランタンなどの希土類元素を含むペロブスカイト型酸化物などが報告されてきた。本研究では、希少金属である希土類元素を使用せず、さらに特定の結晶構造を必要としない「ガラス」により新しい触媒材料を創出する。開発するバナジン酸塩ガラスは電気伝導性を有し、ガラス骨格中に適切な触媒元素 [3dブロック元素 (NiやMnなど)] を均一に配置できるため、電極反応をスムーズに進行させることができると考えられる。この研究を通して、金属空気電池用の新規ガラス触媒に関する系統的な知見を得る。
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| 研究実績の概要 |
本研究ではV2O5を主成分とする導電性バナジン酸塩ガラス（例えば20BaO・10Fe2O3・70V2O5）をベースに、貴金属や希少金属を必要としない空気極触媒材料を開発する。ガラスの特徴として骨格中に不純物を均一に配置できること、そして導電性バナジン酸塩ガラスの特徴として適切なアニーリングにより電気伝導性などの物性を任意に制御できることなどが挙げられる。この特徴を活かし、空気極触媒に適した構造を創生する。
前年度より引き続きCo3O4を5 mol%添加に固定し、主成分であるV2O5とBaOの組成比を変えたガラスを溶融急冷法により合成した（xBaO・5Co3O4・5Fe2O3・(90-x)V2O5 [x = 25～10]）。さらにアニーリングによる構造や電気伝導性、および空気極触媒性能への影響について検討した。アニーリング温度は450 ℃とし、アニーリングした試料は微結晶相が析出したガラスセラミックス（結晶化ガラス）となった。本研究で開発したガラス材料およびガラスセラミックス材料はいずれも酸素還元反応（放電）および酸素発生反応（充電）を促進する二機能性触媒として使用できることが実証された。ただし組成およびアニーリング時間によりその性能は変化し、特に組成の影響が大きいことが分かった。一般に酸化物ガラスではガラス骨格を形成する網目形成成分（network former; NWF）と、その隙間に存在する網目修飾成分（network modifier; NWM）が存在する。バナジン酸塩ガラスにおいてV2O5はNWF、BaOはNWMの役割を果たす。触媒活性点が遷移元素とするならば、NWM（BaO）/NWF（V2O5）比が変化することで、触媒活性点数とガラス構造の二つが変化することを意味する。その結果、ガラス組成が空気極触媒性能に強く影響を及ぼすこととなったと考えられる。
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