| 研究課題/領域番号 |
22K19092
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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 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
大久保 將史 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (20453673)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (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)
2024年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2023年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2022年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
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| キーワード | 電池 / 固体電池 / 層状化合物 / MXene / 全固体電池 / 電気化学キャパシタ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
電力を必要な時に必要なだけ効率的に供給できる蓄電デバイスは、未来社会において重要な役割を果たす。本研究では、高い安全性、高速での充電・放電、長寿命を実現する全固体電池の開発を目指し、MXene（マキシン）と総称される新規化合物を電極材料に応用する。MXeneは充電と放電に伴う構造変化が少ないことが知られており、全固体電池における革新的な電極活物質となりうる。本研究でMXeneが有望な電極材料であることが示された場合、全固体電池の実用化に大きく寄与し、社会的に広い波及効果を持つと期待される。
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| 研究実績の概要 |
本研究は、持続可能社会を構築するためのキーデバイスである全固体電池の実現を目指し、長寿命化の妨げとなる、イオン挿入脱離に伴う膨張収縮を起こさない‘無歪’電極材料を開拓する。具体的には、遷移金属炭化物ナノシートMXene（マキシン）を対象物質とする。
2022年度において、Ti3C2Txの組成を持つMXeneを電極活物質とした全固体電池用電極の出力特性を改善する必要があることが確認された。そこで、2023年度は、高抵抗の原因を解明しするためにオペランドTEM解析を行った。その結果、充電初期にMXene表面にリチウム過剰相が生成しており、そのリチウム過剰相は放電後も残存していることが分かった。電気化学インピーダンススペクトルとの比較でリチウム過剰相は反応抵抗層として振る舞うことが予想され、入出力特性の低さの原因であると考えられる。従って、MXene電極の入出力特性を改善するためには、リチウム過剰相の生成を抑制する方策が必要であることが分かった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
全固体電池用のMXene電極の入出力特性が低い原因をオペランドTEM計測により明らかにし、特性を改善する材料設計指針を構築することに成功した。以上のことから、当初の計画以上に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
2023年度の研究により、Ti3C2Txを電極活物質として用いた全固体電池用電極の低い入出力特性がMXene表面のリチウム過剰相生成にあることが明らかとなった。2024年度においては、このリチウム過剰相生成を抑制するために、表面官能基に酸素を含まないMXene電極を合成し、電極に応用する。また、固体電解質についても、リチウム過剰相の生成を抑制できる最適化を行う。以上の研究項目を実施することで、MXene電極を用いた全固体電池の飛躍的な性能改善を図る。
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