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2005 年度 実績報告書

第一原理電子構造計算による分子機能性極材の設計

研究課題

研究課題/領域番号 16550002
研究機関岩手大学

研究代表者

西館 数芽  岩手大学, 工学研究科, 助教授 (90250638)

研究分担者 長谷川 正之  岩手大学, 工学部, 教授 (00052845)
キーワードカーボンナノチューブ / Liイオン / 欠陥構造 / 第一原理 / 電子状態 / 二次電池 / 吸着エネルギー
研究概要

カーボンナノチューブ(CNT)はLiイオン二次電池の負極材として期待されている。本研究では、CNTのLiイオン二次電池の負極材への応用を視野に入れ、Liイオンを吸着したCNTの電子特性を第一原理電子構造計算法により調べた。計算にはPAW法を採用し交換相関項には局所密度近似と一般化密度勾配近似(PW91)を用いた。CNTの構造はカイラリティベクトル(n、m)で一意に決まる。金属的なアームチェア型と半導体的なジグザグ型のCNT、及び比較のために二次元的なグラフェンシート(グラフェン)を用い、それぞれの安定な構造、任意のナノサイズ位相欠陥を形成するために必要とされる欠陥形成エネルギー、Li吸着エネルギー、それらの電子構造について詳細に検討した。また欠陥をもつCNTへのLiイオンのインターカレーションの過程を第一原理分子動力学法により解析し、ダイナミクスに関する興味ある知見を得ることができた。本研究で得られた結論は以下の通りである。(1)欠陥が七員環から九員環へと大きくなるに従って、CNT及びグラフェン共にその形成エネルギーが増加する。(2)同じn員環の欠陥を比較した場合、CNTと比べグラフェンの場合の欠陥形成エネルギーが大きい。これは欠陥を形成する際、CNTでは歪みのエネルギーをある程度三次元的に分散することが可能なためである。(3)Liイオンの吸着エネルギーの絶対値は欠陥の存在により増加する。(4)一般に、CNTの外壁よりも内壁にLiイオンが吸着した場合が安定である。以上のことはCNTのナノサイズの欠陥構造を制御し、Liイオンの内壁への吸着をより促進させることの重要性を示唆するものである。

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2005

すべて 雑誌論文 (2件)

  • [雑誌論文] Density Functional Electronic Structure Calculations of Lithium Ion Adsorption on Defective Carbon Nanotubes2005

    • 著者名/発表者名
      K.Nishidate, K.Sasaki, Y.Oikawa, M.Baba, M.Hasegawa
    • 雑誌名

      e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 3

      ページ: 358

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Energetics of lithium ion adsorption on defective carbon nanotubes2005

    • 著者名/発表者名
      K.Nishidate, M.Hasegawa
    • 雑誌名

      Phys.Rev.B 71

      ページ: 245418

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より

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公開日: 2007-04-02   更新日: 2016-04-21  

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