インフライトプラズマプロセスを用いたLiイオン電池用高容量Ge系ナノ複合膜堆積

• 研究課題/領域番号: 26390097
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: プラズマエレクトロニクス
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 内田 儀一郎 大阪大学, 接合科学研究所, 准教授 (90422435)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2016年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2015年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2014年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: ゲルマニウム / プラズマプロセス / ナノ粒子 / Liイオン電池 / Geナノ粒子 / ナノ複合膜 / ダストプラズマ / リチウムイオン電池

研究成果の概要

本研究では、プラズマプロセスを用いた新規Geナノ粒子膜堆積法を開発し、さらにGeナノ粒子膜を負極材に用いた高容量Liイオン電池を実証した。具体的には、スパッタ法を用いてGeナノ粒子を気相中で生成し、ガス流により基板へと輸送した。放電アルゴンガスに水素ガスを20%程度添加することにより、ナノ粒子構造はアモルファス構造から結晶構造へと変化し、膜全体の80%以上が結晶成分の結晶Geナノ粒子膜の堆積に成功した。この結晶Geナノ粒子膜を負極材としたLiイオン電池を試作し、初期容量として理論値に近い約1600 mAh/gを、また、充放電50サイクル後の容量として約600 mAh/gを得た。

研究成果

• [雑誌論文] 反応性微粒子プラズマプロセスを用いたゲルマニウム結晶ナノ粒子含有膜の堆積と量子ドット太陽電池への応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 内田儀一郎, 市田大樹, 徐鉉雄, 古閑一憲, 白谷正治
  • 雑誌名: スマートプロセス学会誌 巻: 4 ページ: 6-11
  • NAID: 130005119103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deposition of crystalline Ge nanoparticle films by high-pressure RF magnetron sputtering method (2014)
  • 著者名/発表者名: D. Ichida, G. Uchida, H. Seo, K. Kamataki, N. Itagaki, K. Koga and M. Shiratani
  • 雑誌名: J. Phys. : Conf. Series 巻: 518 ページ: 012002-012002
  • DOI: 10.1088/1742-6596/518/1/012002
  • 査読あり
• [雑誌論文] SiC Nanoparticle Composite Anode for Li-Ion Batteries (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Shiratani, K. Kamataki, G. Uchida, K. Koga, H. Seo, N. Itagaki, T. Ishihara
  • 雑誌名: Mat. Res. Soc. Proceedings 巻: 1678
  • DOI: 10.1557/opl.2014.742
  • 査読あり
• [学会発表] Development of atmospheric pressure plasma sources for energy device materials processing (2017)
  • 著者名/発表者名: G.Uchida, T.Ito, Y.Mino, K.Takenaka, Y.Setsuhara
  • 学会等名: International Symposium on Energy Research and Applications
  • 発表場所: 九州大学，福岡
  • 年月日: 2017-02-09
  • 招待講演
• [学会発表] 微粒子プラズマプロセスの開発とナノ粒子デバイスへの応用展開 (2016)
  • 著者名/発表者名: 内田儀一郎
  • 学会等名: 東北大学電気通信研究所 共同プロジェクト研究「荷電現象がもたらす微粒子－流体混成系の多様性と機能性」
  • 発表場所: 東北大学，仙台
  • 年月日: 2016-09-26
  • 招待講演
• [学会発表] Measurements of Ar Metastable Atom and Void Structure in Reactive Dusty Plasma (2015)
  • 著者名/発表者名: G. Uchida, K. Koga, M. Shiratani
  • 学会等名: 16th Workshop on Fine Particle Plasmas
  • 発表場所: National Institute for Fusion Science, Toki, Japan
  • 年月日: 2015-12-10
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication of Si and Ge nanoparticle films using discharge plasma and their application to solar cells (2015)
  • 著者名/発表者名: G. Uchida
  • 学会等名: Workshop on Nanomaterials for Energy Applications
  • 発表場所: The National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Tsukuba, Japan
  • 年月日: 2015-09-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Fabrication of Ge nanoparticle composite films by reactive dusty plasma process for next generation energy devices (2015)
  • 著者名/発表者名: G. Uchida
  • 学会等名: The 10th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering
  • 発表場所: Ramada Plaza Hotel, Jeju, Korea
  • 年月日: 2015-09-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Size-controlled Ge Nanoparticle Synthesis and Their Application to Quantum-dot Solar Cells (2014)
  • 著者名/発表者名: G. Uchida, D. Ichida, H. Seo, S. Hashimoto, K. Kamataki, N. Itagaki, K. Koga, M. Shiratani
  • 学会等名: 15th Workshop on Fine Particle Plasmas
  • 発表場所: National Institute for Fusion Science, Toki, Japan
  • 年月日: 2014-10-16 – 2014-10-17