| 研究課題/領域番号 |
23K26763
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| 補助金の研究課題番号 |
23H02070 (2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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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 | 東京都立大学 |
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研究代表者 |
久冨木 志郎 東京都立大学, 理学研究科, 准教授 (90321489)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2025年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2024年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2023年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
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| キーワード | Naイオン電池 / 導電性ガラス / メスバウアー分光法 / XAFS / Na電池正極材 / XAFS法 / 正極活物質 / バナジン酸塩ガラス / Ｘ線吸収分光法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本課題では、バナジン酸ナトリウムガラス(Na2O-V2O5-P2O5-SnO2-Fe2O3系)をNaイオン電池正極材として用いる。充放電容量が最大となり、高い容量、具体的には質量エネルギー密度500 Wh/gに匹敵するガラスの化学組成(特に価数の異なるバナジウムイオンの割合)、およびガラス中の原子間の結合強度や空孔のサイズや量等の構造を特定する。
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| 研究実績の概要 |
本課題では、質量エネルギー密度の理論値500 Wh/kgに匹敵する、ナトリウム(Na)イオン電池の正極材の高性能化に挑戦している。研究期間初年度の2023年度は、研究実施計画にしたがい、溶融急冷法により、Na2O-V2O5-P2O5-Fe2O3系、Na2O-V2O5-P2O5-SnO2系の二系統の導電性バナジン酸塩ガラスを作成し、それぞれのガラス系について、Naイオン電池正極特性、電気伝導度と、ガラス構造の相関を調査した。その結果、Na2O-V2O5-P2O5-Fe2O3系については、Naイオン電池正極材として高い性能を示すガラスの組成の特定ができた(詳細は現在までの進捗状況に示す)。また、Na2O-V2O5-P2O5-SnO2系についても、同様に高い性能を示すガラス組成を見出している。2023年度の研究成果は、J. Alloys and Compounds他、5報の学術論文誌に掲載され、国際学会で7件、国内学会で5件、発表された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究期間初年度の2023年度は、Na電池正極材として最高の性能を持つ、バナジン酸塩ガラスの化学組成の特定を目標とした。その結果、Na2O-V2O5-P2O5-Fe2O3および、Na2O-V2O5-P2O5-SnO2系において、調査を行ったところ、Na2Oは10～20 mol％、V2O5は65～85 mol％、P2O5は5～10 mol％、Fe2O3(あるいSnO2)は5～10 mol%含まれると、5 mA/gの電流密度において150-200 mAh/gの高い正極特性を示すことが明らかになった。以上の結果より、高いNa電池正極特性を示すバナジン酸塩ガラスの組成がおおむね特定できており、当初の目的が果たせていることから、研究はおおむね順調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 |
研究期間2年度目となる2024年度は、昨年度、化学組成を特定できた、高いNa電池正極特性を示すバナジン酸塩ガラスを、溶融法ではなく、ゾルゲル法で作成し、三次元ボールミリング処理を施すことで、高性能化することを目論む。基本的な化学組成であるV2O5-P2O5系や、SnO2-P2O5系のガラスについてはすでに、2023年度の段階でゾルゲル法での合成に成功しており、電気特性、比表面積測定、Naイオン電池正極特性評価に着手している。ゾルゲル法での合成は試料中に有機物が残留することから、適正な熱処理条件を特定することが重要となる。また、上述したV2O5-P2O5系や、SnO2-P2O5系ガラスはNa, Li等のアルカリイオンを取り込むと安定化するという報告もあることより、溶融法で特定できたガラス組成の周辺についても、組成探索を継続する必要があるものと考えられる。
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