• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2018 年度 実績報告書

イオン注入に伴う物質の局所構造とその構造発展の解明

研究課題

研究課題/領域番号 17H01137
研究機関筑波大学

研究代表者

守友 浩  筑波大学, 数理物質系, 教授 (00283466)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワードエネルギー物質 / 局所構造 / 放射光X線
研究実績の概要

1.Na濃度の異なる層状コバルト酸化物(NaxCoO2)を化学的に合成し、その電子状態の変化を明らかにした。電子状態は、X線吸収分光(CoL端とOK端)と第一原理計算の比較で調べた。Naの脱離に伴い、(a)コバルトの価数が高まるだけでなく、(b)酸素ホールが形成される、ことが明らかとなった。この知見は、電池材料の蓄電プロセスの理解に貢献する。原著論文で報告。
2.コバルトプルシャンブルー類似体をマンガンプルシャンブルー類似体に置換した「三次電池」を作製し、その性能を評価した。286Kと313Kの温度サイクルで、熱効率2.3%を得た。この値は、カルノー効率の27%に匹敵する。原著論文で報告。
3.「三次電池」を実現するには、電位の温度係数(α)の大きな材料を創出しなければならない。熱力学的には、αは還元体と酸化体のエントロピーの差を素電荷で除したものに等しい。プルシャンブルー類似体のαを系統的に決定した。その結果、この物質系のαの支配要因は3d電位の配置エントロピーであると分かった。原著論文で報告。
4.LiとNaのα電解液を変えて、系統的に決定した。αの固体成分は金属のエントロピーに等しいと仮定して、αの電解液成分を決定した。原著論文で報告。
5.典型的な電池材料であるLiFePO4のαをLi濃度の関数として、系統的に決定した。第一原理計算で、LiFePO4とFePO4のエントロピーを評価した。αの電解液成分を考慮して、実験結果と計算結果が定量的に一致することを示した。原著論文で報告。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初予定していた、(a)層状コバルト酸化物の電子状態の研究、が順調に進展した。すでに、原著論文で報告している。さらに、予定にない電位の温度係数の研究が大いに進展した。これらの結果は、3報の原著論文で報告している。また、「三次電池」の熱効率も1%から2.3%に上昇した。

他方、計画通りに進まない部分も明らかになった。
層状酸化物に対して、価数選択性のある高分解X線吸収分光の実験を行ったが、遷移金属の2価状態と3価状態を分離することができなかた。プルシャンブルー類似体でも実験を行ったが、X線ダメージが大きくスペクトルが得られなかった。

今後の研究の推進方策

価数選択性のある高分解X線吸収分光では、遷移金属の2価状態と3価状態を分離することができないことが分かった。今後は、X線回折用の電池セルを作成し、オペランド測定を目指す。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件) 図書 (2件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] The effect of 3d-electron configuration entropy on the temperature coefficient of redox potential in Co1-zMnz Prussian blue analogues2019

    • 著者名/発表者名
      Iwaizumi Hiroki、Fujiwara Yusuke、Fukuzumi Yuya、Moritomo Yutaka
    • 雑誌名

      Dalton Transactions

      巻: 48 ページ: 1964~1968

    • DOI

      DOI: 10.1039/c8dt04338h

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temperature coefficient of redox potential of LixFePO42018

    • 著者名/発表者名
      Fukuzumi Yuya、Hinuma Yoyo、Moritomo Yutaka
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 8 ページ: 065021~065021

    • DOI

      doi: 10.1063/1.5040392

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Prussian Blue Analogues as Promising Thermal Power Generation Materials2018

    • 著者名/発表者名
      Fukuzumi Yuya、Amaha Kaoru、Kobayashi Wataru、Niwa Hideharu、Mortitomo Yutaka
    • 雑誌名

      Energy Technology

      巻: 6 ページ: 1865~1870

    • DOI

      DOI: 10.1002/ente.201700952

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal efficiency of a thermocell made of Prussian blue analogues2018

    • 著者名/発表者名
      Shibata Takayuki、Fukuzumi Yuya、Moritomo Yutaka
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 ページ: 14784

    • DOI

      DOI:10.1038/s41598-018-33091-w

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Thermal Coefficient of Redox Potential of Alkali Metals2018

    • 著者名/発表者名
      Fukuzumi Yuya、Hinuma Yoyo、Moritomo Yutaka
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 87 ページ: 055001~055001

    • DOI

      doi.org/10.7566/JPSJ.87.055001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electronic states in oxidized Na CoO2 as revealed by X-ray absorption spectroscopy coupled with ab initio calculation2018

    • 著者名/発表者名
      Niwa Hideharu、Higashiyama Kazuyuki、Amaha Kaoru、Kobayashi Wataru、Moritomo Yutaka
    • 雑誌名

      Journal of Power Sources

      巻: 384 ページ: 156~159

    • DOI

      doi.org/10.1016/j.jpowsour.2018.02.075

    • 査読あり
  • [学会発表] 配位分子を用いた二次電池材料とエネルギーハーベストへの展開2019

    • 著者名/発表者名
      守友 浩
    • 学会等名
      第36回無機材料に関する最近の研究発表会
    • 招待講演
  • [学会発表] 高分子材料の電気化学特性2019

    • 著者名/発表者名
      守友 浩、菅野友嗣、福住勇矢、安田剛
    • 学会等名
      2018年応用物理学会春季講演会
  • [学会発表] 高分子材料の酸化還元ポテンシャルの温度係数2019

    • 著者名/発表者名
      岩泉滉樹、菅野友嗣、安田剛、下位幸弘、小林航、守友 浩
    • 学会等名
      2018年応用物理学会春季講演会
  • [学会発表] P2-NaxCoO2における酸化還元電位の温度係数のX依存性2019

    • 著者名/発表者名
      福住勇矢、日沼洋陽、守友 浩
    • 学会等名
      2018年応用物理学会春季講演会
  • [学会発表] 電気エネルギーを活用したエネルギーハーベスト2019

    • 著者名/発表者名
      守友 浩
    • 学会等名
      EHC総会
    • 招待講演
  • [学会発表] Thermal power generation with use of battery-type cell2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Moritomo
    • 学会等名
      2018 ECS Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrochemical Thermoelectric Coefficient of Prussian Blue Analogues2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Fukuzumi, W. Kobayashi, H. Niwa, and Y. Moritom
    • 学会等名
      2018 ECS Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] 温度変化を電気エネルギーに変換する技術2018

    • 著者名/発表者名
      守友 浩
    • 学会等名
      時代を刷新する会
    • 招待講演
  • [学会発表] 3-NaCo1-xFexO2(x≦0.05)のFe-M結合長のx依存性2018

    • 著者名/発表者名
      守屋 利昭、丹羽 秀治、守友 浩
    • 学会等名
      2018年応用物理学会秋季講演会
  • [学会発表] 軟X線吸収分光と第一原理計算によるNaxCoO2の酸素p軌道ホール観察2018

    • 著者名/発表者名
      丹羽 秀治、東山 和幸、天羽 薫、小林 航、守友 浩
    • 学会等名
      2018年応用物理学会秋季講演会
  • [学会発表] LiFePO4における酸化還元電位の温度係数2018

    • 著者名/発表者名
      福住 勇矢、日沼 洋陽、守友 浩
    • 学会等名
      2018年応用物理学会秋季講演会
  • [学会発表] プルシャンブルー類似体を用いた二次電池構造型熱発電セルの熱効率2018

    • 著者名/発表者名
      柴田 恭幸、福住 勇矢、守友 浩
    • 学会等名
      2018年応用物理学会秋季講演会
  • [学会発表] Co-Mn プルシャンブルー類似体の酸化還元電位の温度係数2018

    • 著者名/発表者名
      岩泉 滉樹、藤原 祐介、福住 勇矢、守友 浩
    • 学会等名
      2018年応用物理学会秋季講演会
  • [図書] 電気化学・インピーダンス測定のデータ解析手法と事例集2019

    • 著者名/発表者名
      守友 浩(P201-P206を担当)
    • 総ページ数
      552
    • 出版者
      技術情報協会
  • [図書] 二次電池を転用した未利用熱エネルギーの電力変換2018

    • 著者名/発表者名
      守友 浩(P34 -P37を担当)
    • 総ページ数
      --
    • 出版者
      OHM 37 (2018)
  • [備考] 守友研究室

    • URL

      http://www.u.tsukuba.ac.jp/~moritomo.yutaka.gf/index

  • [産業財産権] 熱発電素子2018

    • 発明者名
      守友 浩、柴田恭幸
    • 権利者名
      守友 浩、柴田恭幸
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2018-234227

URL: 

公開日: 2019-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi