| 研究課題/領域番号 |
21K18815
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分26:材料工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 横浜国立大学 |
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研究代表者 |
藪内 直明 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (80529488)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2022年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2021年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
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| キーワード | 蓄電池 / 相変化 / 格子膨張 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
現在、イオンと電子の混合伝導体である、リチウムインサーション材料において高密度電荷蓄積と体積変化抑制を両立するための学術的方法論は存在していない。本研究課題により、高容量・体積変化の抑制を実現するための方法論を確立する。このような体積変化の抑制は次世代の Li イオン蓄電池として期待されている固体電池用電極材料で必要とされている特性でもある。無体積変化のインサーション材料と固体電解質を用いて全固体デバイスの誕生に繋がることも期待でき、将来的には従来の電池材料構成では実現不可能な 20 年といった長寿命セラミックス電池の創製を目指した研究を実施する。
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| 研究成果の概要 |
リチウムの挿入・脱離に伴う格子の膨張収縮に影響する因子について知見を深め、体積変化の抑制を実現する材料科学的方法論確立を目的として研究を遂行した。層状材料は固体中からリチウムを脱離させると、層間距離が減少し、結果として大きな体積変化を生じる。そこで、ホスト構造として立方晶系材料を利用した。Nb5+ やTi4+ といった、d0 イオンを構造中に導入することで岩塩型構造を安定化させることに成功した。多電子レドックスを担うV、まとCoなどを用い材料設計を行った。これらの異なる特徴因子を持った材料の反応機構を比較検討することで、インサーション材料の膨張・収縮を制御するための因子の抽出に成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究成果はインサーション材料の膨張・収縮を制御するための学術的方法論の確立を行った。これらの知見は次世代の長寿命蓄電池用材料開発の実現に繋がることが期待できる。これらの技術を活用することで、将来における脱炭素社会実現を目指す上で非常に重要な技術となる次世代高性能蓄電池の実現に繋がることが期待できる。
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