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2019 年度 実績報告書

高度に規定された金属カルコゲナイドハイブリッド材料の設計とエネルギー関連機能

研究課題

研究課題/領域番号 19F19343
研究機関山口大学

研究代表者

中山 雅晴  山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (70274181)

研究分担者 KUMBHAR VIJAY  山口大学, 大学院創成科学研究科, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2019-11-08 – 2022-03-31
キーワード亜鉛イオン二次電池 / 積層二酸化マンガン / カーボンクロス / フレキシブル / コバルト
研究実績の概要

近年の携帯用電子機器や電気自動車などの開発により,安価で安全なエネルギー貯蔵システムの需要が高まっている。現在,リチウムイオン電池(LIB)がエネルギー源として広く使用されているが,その成分(有機電解液など)の有毒性,可燃性のため,安全性に問題を抱えていることが知られている。LIBに代わる新たなエネルギー貯蔵システムとして,水系で動作する亜鉛イオン二次電池(ZIB)が注目を集めている。ZIBは電解質として亜鉛イオンを含む水溶液,負極として金属亜鉛,正極として亜鉛イオンを貯蔵できるホスト材料から構成される。ZIBは正極での反応がエネルギー貯蔵性能を決定するため,可逆で安定なZnイオンの挿入・脱離を可能にする安価な正極材料の開発が望まれている。また,水系で動作するというZIBの利点を最大限引き出すためには“ウエアラブル”という価値の付与が必要であり,その実現のためにフレキシブルな電極の開発が必要である。
本研究では電気化学法により積層二酸化マンガン(MnO2)をフレキシブルなカーボンクロス上に析出させ,ZIBの正極として活用することを試みた。積層MnO2の骨格にはコバルトイオンを,層間には亜鉛イオンを電極作製段階で導入した(Zn/Co-MnO2)。この正極を亜鉛負極といっしょに組み込んだ水性ZIBは,高電流密度において大きな放電容量と安定なサイクル特性を示し,Zn/Co-MnO2が正極材料として有望であることが明らかになった。さらに,カーボンクロスを窒素ドーピングすることにより,性能が向上した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

積層二酸化マンガンをさらに高度制御し,エネルギー材料として応用することを目的とした。一つの応用として,亜鉛イオン二次電池の作製に取り組み,良好な結果(理論値に近い放電容量,600サイクル以上の安定な応答,高電流密度での動作)が得られたという点で概ね順調に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

亜鉛イオン二次電池としての応用では,(1)析出量を増やし,体積当たりのパフォーマンスを向上させること,(2)全固体型セルとすること,(3)実際にフレキシブルなセルを作製し,性能確認すること,が今後の課題である。別用途として,他のエネルギー材料,例えば亜鉛-空気電池などへの応用を推進してゆく。その際には,電析薄膜に拘らず,様々カルコゲナイドハイブリット材料を検討する予定である。

  • 研究成果

    (1件)

すべて その他

すべて 備考 (1件)

  • [備考] 山口大学大学院創成科学研究科無機機能化学研究室

    • URL

      http://web.cc.yamaguchi-u.ac.jp/~nkymm/web/

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公開日: 2021-01-27  

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