ルチル型酸化チタンが拓くナトリウムイオン電池の負極活物質創製

2018 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16K05954
• 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: デバイス関連化学
• 研究機関: 鳥取大学
• 研究代表者: 薄井 洋行 鳥取大学, 工学研究科, 准教授 (60423240)
• 研究協力者: 坂口 裕樹 ; 道見 康弘
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: ルチル型TiO2 / ナトリウムイオン電池 / 負極 / Nbドーピング

研究成果の概要

資源の心配が無い材料で構成できるナトリウムイオン電池は魅力的な蓄電池である．ただし，電荷を運ぶNa+のサイズが大きいため，負極材の中でのNa+の移動は極めて遅い．このため充放電の速度が非常に小さく，これがこの電池の実用化を阻んでいる．本研究では，希少元素を含まず，低コストであり，広いサイズのNa+移動経路を持つルチル型TiO2負極の開発に成功した．Nbを不純物元素としてTiO2にドープすることで，その電子伝導性が1000倍以上向上し，加えて，Na+移動経路のサイズが広がることで，Na+が素早く移動できる空間を作り出し，充放電の高速化を図れたものと考えられる．

自由記述の分野

電気化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

アナターゼ相はイオン移動に適した三次元的な拡散経路を有するため，多くの研究がなされてきたが，国内ではルチル相に焦点を当てた研究は皆無であった．この背景の下，本研究ではルチル型TiO2にNbをドープすることで電子伝導性の低さを克服し，そのうえで粒子サイズに対する結晶子サイズの割合を高めることで，潜在的なイオン拡散能を開花させNa+充放電特性を発現させることに世界で初めて成功した．その学術的意義を裏付けるように，成果をまとめた論文（ACS Appl. Mater. Interfaces, 7 (2015) 6567.）の被引用数は発表後4年間で120回を超え，国内外で著しく高い注目を集めている．