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2018 年度 実績報告書

炭素質材料への金属のインターカレーション機構の解明と次世代二次電池負極材料の開発

研究課題

研究課題/領域番号 15H03852
研究機関大阪電気通信大学

研究代表者

川口 雅之  大阪電気通信大学, 工学部, 教授 (10268295)

研究分担者 榎本 博行  大阪電気通信大学, 工学部, 教授 (10213563)
松尾 吉晃  兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (20275308)
村松 康司  兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (50343918)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
キーワード二次電池 / 炭素質材料 / インターカレーション / 機構解明 / 負極材料
研究実績の概要

本研究は、ホストの炭素質材料に対するゲスト金属の挿入(インターカレーション)機構を解明し、次世代エネルギー貯蔵用二次電池負極材料を開発することを目的としている。ここで炭素質材料とは、層状構造でホウ素/炭素/窒素から成るB/C/N材料、ホウ素/炭素から成るB/C材料、および低結晶性カーボンを示している。
平成30年度は、代表者の川口と大学院生は様々な組成のB/C材料を作製し、その材料に対し電気化学法でLiイオンのインターカレーションの可逆性を検討し、B/C材料がグラファイトより可逆容量が大きく(最大600 mAh/g)、インピーダンス測定でB/C材料の電荷移動抵抗がグラファイトより小さいことを確認した。また、電気化学法で得られた層間化合物について、共同研究先の岡山大学で固体NMR測定を行い、Liが材料中のホウ素に電子を供与し相互作用していることを確認した。
一方、研究分担者の松尾は、酸化黒鉛の熱還元で得たグラフェンライクグラファイト(GLG)がグラファイトより可逆容量が大きく、グラフェン類似の挙動を示し、Liのインターカレーションが高電位からステージ構造を形成して起こることを見出した。
また、研究分担者の村松と川口らは、軟X線吸収分光法で測定したX線吸収端構造(XANES)と、第一原理計算DV-Xα分子軌道法を用いて算出した電子状態密度を比較した結果、B/C材料の伝導帯の底のエネルギーがグラファイトより低い要因が、同一網面内にあるホウ素と炭素が結合してできる混成軌道のLUMOの低エネルギーシフトのためであることを見出した。これより、B/C材料がアルカリ金属や2族金属をインターカレートする有望なホスト材料になると考えた。
これらの成果について、論文2報を掲載し、川口は2018年7月の国際会議でKeynote講演および2019年3月日本でのSymposiumで依頼講演を行った。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件) 図書 (2件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] CNRS/Institut Jean Lamour/Nancy(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      CNRS/Institut Jean Lamour/Nancy
  • [雑誌論文] Soft X-ray absorption near-edge structures of B/C and B/C/N materials and the analysis of their electronic state using the first-principle calculations2019

    • 著者名/発表者名
      Ishikawa Hiromichi、Muramatsu Yasuji、Kawaguchi Masayuki
    • 雑誌名

      TANSO

      巻: 2019 ページ: 67~73

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.7209/tanso.2019.67

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Intercalation of Calcium into a Graphite-like Layered Material2018

    • 著者名/発表者名
      Ishikawa Hiromichi、Higuchi Haruki、Kawaguchi Masayuki
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 47 ページ: 891~893

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1246/cl.180236

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Heteroatom-substituted Graphitic Carbon Materials for Use in Energy Storage2019

    • 著者名/発表者名
      M. Kawaguchi
    • 学会等名
      International Symposium on Graphitic Carbon Materials for Energy Storage
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 気相法によるB/C/NおよびB/C材料の作製と二次電池への応用2019

    • 著者名/発表者名
      川口雅之
    • 学会等名
      炭素材料学会2019年1月セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] Electrochemical Behaviors of Lithium Intercalation/de-intercalation into/out-of Boron/carbon Materials as Anodes of LIBs2018

    • 著者名/発表者名
      M. Kawaguchi, S. Sugisaki, Y. Kouge, K. Gotoh
    • 学会等名
      Carbon2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] リチウムイオン二次電池の負極材料としてのホウ素/炭素材料の電気化学評価2018

    • 著者名/発表者名
      高下裕佳子、川口雅之
    • 学会等名
      第45回炭素材料学会年会(ポスターセッション)
  • [学会発表] LIB負極としてのホウ素/炭素材料へのLiの電気化学インターカレーション2018

    • 著者名/発表者名
      川口雅之、高下裕佳子、杉崎聖也、後藤和馬
    • 学会等名
      学振・第117委員会 第326回委員会
  • [学会発表] B/CおよびB/C/N材料の軟X線吸収端構造と第一原理計算を用いた電子状態の解析2018

    • 著者名/発表者名
      石川弘通、川口雅之、村松康司
    • 学会等名
      学振・第117委員会 第328回委員会
  • [学会発表] ホウ素/炭素/窒素系材料の作製および電子状態の解析2018

    • 著者名/発表者名
      石川弘通、川口雅之、村松康司
    • 学会等名
      第125回黒鉛化合物研究会
  • [学会発表] B/C/N系層状化合物の作製とエネルギー貯蔵・変換材料としての応用2018

    • 著者名/発表者名
      川口雅之、石川弘通
    • 学会等名
      学振・第117委員会 70周年記念講演会(ポスターセッション)
  • [図書] 最新 実用真空技術総覧2019

    • 著者名/発表者名
      川口雅之(分担執筆)
    • 総ページ数
      1096
    • 出版者
      エヌ・ティー・エス
    • ISBN
      978-4-86043-559-2
  • [図書] 炭素材料科学の進展 日本学術振興会第117委員会70周年記念誌2018

    • 著者名/発表者名
      川口雅之(分担執筆)
    • 総ページ数
      196
    • 出版者
      日本学術振興会 炭素材料第117委員会
    • ISBN
      978-4-9903439-1-0
  • [備考]

    • URL

      http://www.osakac.ac.jp/labs/kawaguti/

  • [備考]

    • URL

      https://research.osakac.ac.jp/index.php?%E5%B7%9D%E5%8F%A3%E3%80%80%E9%9B%85%E4%B9%8B

URL: 

公開日: 2019-12-27  

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