| 研究課題/領域番号 |
23K13829
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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 | 横浜国立大学 (2024)
東京理科大学 (2023) |
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研究代表者 |
多々良 涼一 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (20876081)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2024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)
2024年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2023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 | 電気化学 / 蓄電池 / 空気電池 / 電解液 / 重アルカリ金属 / ルビジウム / 酸素還元 / ナトリウム電池 / カリウム電池 / ルビジウム電池 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
周期表第1族元素のうち水素～カリウムは資源量が多く、ニッケル水素電池(H)、リチウムイオン電池(Li)、ナトリウム硫黄電池(Na)、アルカリ乾電池(K)の形で利用が進んでいる。また、リチウムイオン電池との置き換えを目指したナトリウムイオン電池やカリウムイオン電池の基礎研究も活発化している。一方で、第5周期以降のルビジウムとセシウムの電池利用はまだ皆無だが、その大きなイオン半径からリチウム～カリウムでは見られない電池特性の発現が期待できる。そこで本研究ではルビジウムイオンとセシウムイオンを用いた「金属空気電池」を創成し、その蓄電池特性を明らかにする。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、「イオン半径が蓄電デバイスに与える影響」に着目し、特に金属空気電池の正極反応である酸素還元反応の基礎的な理解を試みた。イオン半径が空気正極の電極反応に与える影響を明らかにするためにナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム空気電池セルを作製し、繰り返し充放電性能と、放電生成物である金属酸化物の長期安定性の評価を行った。ガス置換型3極式電気化学セルを用いることで空気正極単極での評価を行い、ルビジウム系電解液を用いることで酸素還元の可逆性及びサイクル特性がナトリウム、カリウム、セシウムと比較して向上することを確認した。またこの反応性の傾向をDFT計算からも確認し、実験結果と一致した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
重アルカリ金属は重く、高価であるため、これまで蓄電池材料としては注目されてこなかった。しかしながら本研究において、その大きなイオンサイズによって次世代蓄電池の電極反応が安定化させる一例として、金属空気電池反応に対するルビジウムの適用が示された。この発見はアルカリ金属イオンの学理構築、また次世代蓄電池の実用化研究の両面から意義があったと考えられる。
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