研究課題
低炭素社会を構築するためには、電力エネルギーを効率的に貯蔵、放出できる革新的蓄電デバイスが必要である。しかし、現行のリチウムイオン電池は研究開発の進展とともに性能の限界に近づきつつあり、新しい電極反応機構に立脚した革新的蓄電デバイスの開発が望まれている。本研究は、革新的蓄電デバイスの開発を目指し、アニオンを基盤とする固体電気化学反応を開拓する。平成30年度においては、酸化物イオンを酸化還元中心とする電極材料の開発に大幅な進展が得られた。すなわち、遷移金属レドックス容量に加えて酸化物イオンの充放電容量を示す物質群として、例えば、Na2Mn3O7を発見した。Na2Mn3O7はMn欠陥が酸化物イオンのレドックスを誘起することが実験、および理論計算から明確に示され、酸化物イオンレドックス材料を設計するための新たな指針を与えることに成功した。また、酸化物イオンの構造制御を行い、O2型と呼ばれる層状酸化物において安定な酸化物イオンレドックス反応を見出した。従来型のO3型材料と比較し、充放電サイクルに伴う容量劣化と充放電電圧低下が抑制された。特に、高コストなコバルト含まない酸化物イオンレドックス反応は一般に大幅な劣化を示すことが多いが、今回見出した物質群は劣化が殆どなく、低コストな材料設計にも有効であることが示された。
1: 当初の計画以上に進展している
酸化物イオンを酸化還元中心とする電極材料の開発に大幅な進展が得られた。すなわち、遷移金属レドックス容量に加えて酸化物イオンの充放電容量を示す物質群として、例えば、Na2Mn3O7を発見した。また、O2型と呼ばれる層状酸化物において安定な酸化物イオンレドックス反応を見出し、低コスト・高容量材料開発への道筋を見出すことに成功したことから、当初の計画以上に進展しているといえる。
平成30年度に見出したO2型層状酸化物の酸化物イオンレドックス反応について詳細な反応機構解析を行い、更なる高性能化の指針を得る。また、様々な遷移金属を含むO2型化合物について酸化物イオンのレドックス反応を検討する。
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すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (2件) (うち招待講演 2件)
Advanced Energy Materials
巻: 8 ページ: 1800409
10.1002/aenm.201800409
Journal of the Electrochemical Society
巻: 165 ページ: A3630-A3633
10.1149/2.1331814jes
