| 研究課題/領域番号 |
22K14757
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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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 | 東北大学 |
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研究代表者 |
YU WEI 東北大学, 材料科学高等研究所, 助教 (10900904)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 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 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | Topological Defect / Carbon Materials / Graphene Mesosponge / Lithium-Oxygen Battery / Carbon Material / Lithium-Gas Battery |
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| 研究開始時の研究の概要 |
By using three-dimensional single-layer graphene frameworks equipped with designed topological defects, the catalysis of topological defects, which are non-hexagonal carbon rings, is investigated through experiments and theoretical calculations to improve the cycle stability of Li-gas batteries.
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| 研究成果の概要 |
Li-O2電池の正極におけるトポロジカル欠陥の触媒能を研究した．CVD法により，トポロジカル欠陥が豊富かつエッジサイトのないグラフェンメソスポンジ(GMS)を作製した．GMS正極は従来と比較し，高容量かつ優れたサイクル特性をもつ．電気化学質量分析と理論計算から，非晶質Li2O2に対する特異的な触媒能が3.6 V(vs. Li/Li+)の低電荷プラトーに寄与していることがわかる．加えて，これらの特性からGMSは固体触媒の担持に優れるといえる．また，自立型GMSシートは793 Wh kg-1の高いエネルギー密度と0.4 mA cm-2の実用範囲での優れたサイクル特性(>260サイクル)を示す．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
GMSの合成と活用の成功により，これまで報告されていなかったエッジサイトの影響がない，実際のLi-O2電池のトポロジカル欠陥の触媒能についての知見が得られた．我々はRuを担持したGMSによってトポロジカル欠陥と固体触媒の逐次反応作用を提案した．GMSシートが示す優れた電池性能から，炭素正極の構造を適切に設計することでLi-O2電池の主要な問題のほとんどを解消できると示された．Li-O2電池の問題点であったエネルギー密度とサイクル特性は適切に設計された炭素電極により解消された．この結果から，電気自動車用の高いエネルギー密度をもったLi-O2電池の実用化が促進されると期待される．
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