2023 年度研究成果報告書

リチウムインサーション電極の反応速度に関する基礎研究

研究課題

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研究課題/領域番号	20K05687
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分36020:エネルギー関連化学
研究機関	大阪公立大学 (2022-2023) 大阪市立大学 (2020-2021)
研究代表者	有吉欽吾大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (80381979)
研究期間 (年度)	2020-04-01 – 2024-03-31
キーワード	リチウムイオン電池
研究成果の概要	本研究では、希薄電極法を適用することでリチウムインサーション材料の反応速度について定量的評価を行うとともに、反応機構、粒子サイズ、結晶構造の異なる材料の反応速度を比較することで、反応速度に影響を与える因子を明らかにすることを目的として行った。希薄電極法により固相内物質輸送反応の速度が測定可能であることを明らかにした。また、活物質の電荷移動抵抗を算出することにも成功し、電荷移動抵抗は活物質粒子の表面積のみに依存することを明らかにした。さらに、固相内物質輸送反応は、粒子サイズや反応機構に大きく左右されることを見出すとともに、酸化と還元反応では反応速度が非対称であることを見出した。
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	本研究では希薄電極法を用いることで、固体内におけるリチウムイオンの移動速度について定量的に評価することが可能になったことで、リチウムインサーション反応の律速過程を特定できるようになるとともに、その速度論的パラメーターを用いることで種々のリチウムインサーション材料の反応速度について、定量的な比較を可能にするという点で学術的に意義がある。また反応機構と反応速度との関係を見出いしたことは、従来では電池材料の高出力化を達成するには「粒子サイズ制御」もしくは「物性制御」という工学的手法に限られていたものが、新たに「反応機構制御」によっても高出力化が可能であることを明らかにした点で、工学的に重要である。