研究課題
前年度までに、結晶性の活物質では、マグネシウムイオンの固体内拡散が律速となり、作動温度を上げるか、極めて遅い速度でのみ、充放電反応が進行する結果を得ているため、界面制御による活物質の材料設計を進めた。検討した界面制御のうち、炭素と活物質微粒子の複合体を形成させることで、安定なマグネシウムイオン挿入脱離が進行することを見出した。マグネシウムイオンの挿入脱離ホストとして、室温付近で、レート0.1C、放電電圧2.0 Vで100 mAh/gを超える性能と優れたサイクル特性を示すことが判明した。この材料の反応機構を電気化学測定とともに、X線吸収分光法により解析した結果、拡散係数の大幅な向上と、微粒子活物質は欠陥を多く有するだけでなく、マグネシウムイオンの挿入脱離反応が中距離的な周期構造を保ったまま、進行していることが明らかになった。また、遷移金属の酸化還元反応が、マグネシウムイオンの挿入脱離反応の電荷補償機構であることを明らかにした。複合体形成による界面制御の結果、活物質単体の安定性が大幅に向上するだけでなく、マグネシウムイオンの挿入に対して熱力学的に不安定である結晶のホスト構造から、欠陥導入により、固体内拡散のボトルネックを低減させる効果があることを明らかにした。得られた知見を用いて、マグネシウムイオンだけでなく、多価カチオン全体の挿入脱離反応への展開をはかり、入出力密度が小さい多価カチオン二次電池の欠点を克服可能な、新規電極設計指針を開拓した。
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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