| 研究課題/領域番号 |
22K19077
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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36:無機材料化学、エネルギー関連化学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
藪 浩 東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (40396255)
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| 研究分担者 |
庄子 真樹 宮城大学, 研究推進・地域未来共創センター, 准教授 (70505073)
松尾 保孝 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (90374652)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 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 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2023年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2022年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
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| キーワード | バイオマス / 金属空気電池 / セルロースナノファイバー / 電極触媒 / 燃料電池 / ナノ血炭 / ビタミン血炭 / 電気化学触媒 / レアメタル代替 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、資源制約がなく、産業廃棄物として捨てられているバイオマス資源であるホヤ殻由来CNFと血粉を混合し、焼成してヘテロ元素ドープ炭素にすることで、高性能で安価なORR/OER両性触媒を実現することを目的とする。研究期間内に(1)CNFと血粉の混合比率と得られる炭素の組成制御、(2)組成とORR/OER電極触媒としての相関解明、および(3)金属空気二次電池への実装を行うことにより、次世代エネルギー材料の候補である高効率な金属空気二次電池の実現を目指す。
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| 研究成果の概要 |
本研究の目的は、資源制約がなく、産業廃棄物として捨てられているバイオマス資源であるホヤ殻由来CNFと血粉を混合し、焼成してヘテロ元素ドープ炭素を作製することで、高性能で安価なORR/OER両性触媒を実現することである。ホヤ殻由来CNF、乾燥血粉、およびビタミンB12（シアノコバラミン）を混合して焼成し、ナノ血炭触媒を調製した。これをバインダーと混合し、溶剤に分散させて正極材料を開発した。3Dプリンタで作成したセルを用いて、亜鉛空気電池の正極触媒としての実証実験を行い、このカーボンアロイ触媒が十分な放電性能と短期的な充放電特性を持つことを証明した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究の学術的意義は、ナノ血炭触媒が、酸素還元反応(Oxygen Reduction Reacyion, ORR)触媒としての機能と、酸素発生反応(Oxygen Evolution Reaction, OER)触媒としての両方の特性を持つことに起因することを明らかとしたことである。このことはホヤ殻由来のバイオマス由来材料から作製した正極触媒が、金属空気電池の触媒として十分機能することを示した初めての例である。社会的な意義は、廃棄されるバイオマスから、機能性材料を創製する一つの例となることであり、資源循環社会の実現に貢献する。
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