• 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

2011 年度 実績報告書

複数電荷応答を許容する固体マトリクスの探索

研究課題

研究課題/領域番号 22655067
研究機関東京大学

研究代表者

山田 淳夫  東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (30359690)

キーワード複数電荷応答 / 酸化還元電位 / インターカレーション / ピロリン酸
研究概要

インターカレーション反応をベースにした蓄電デバイスの大幅な高エネルギー密度化を実現するには、複数電荷による可逆的酸化還元反応を実現する必要がある。その可能性を有する、我々が発見した新電極材料Li_2FeP_2O_7においては2種類の遷移金属サイトが存在し、配位数など局所構造が異なっている。この2種類のサイトに対応する鉄の酸化還元反応がMnによる部分置換系Li_2Mn_xFe_<1-x>P_2O_7において安定化され、「電位分裂」と「高電位シフト」として観測されることを見いだした。その局所構造の違いからFeの反応電位に差が現れ、「電位分裂」が生じ「不安定な局所状態の増加に由来するさらなる高電位シフトが生じたと考えられる。開回路電圧の測定結果から、鉄の2価3価の酸化還元による高電位側の反応電位は、3.8から4V付近にも達していることが示された。単純なリン酸塩材料におけるFe^<3+>/Fe^<2+>の反応によってこれだけ高い電位が実現されたことは興味深い。様々な材料系におけるFe^<3+>/Fe^<2+>の反応電位の中でも、今回観測された4Vにも達する電位は、最も高い分類に属する。近年、Li(Mn,Fe)SO_4Fにおいて、ありふれた高スピンFe^<3+>/Fe^<2+>の反応電位が3.9V程度であることが報告されたが、より電気陰性度の大きいSO4^<3->,F^-を含んでおり、この意味でも今回の結果は驚嘆に値する。このような鉄が酸化還元反応による高電圧発生現象はMn以外の元素置換によっても共通して観測され、現象の一般性も確認できている。これらの事実から、Fe^<3+>/Fe^<2+>の酸化還元反応を利用した実用的な高電位材料の可能性が見えてきたと言える。また、Li_2MnP_2O_7が4.4V付近で電気化学活性を発現することを合わせて見いだした。

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

新たに発見した新材料の反応機構体系化に関して予想以上に進展し、鉄の酸化還元による異常高電位発生という新規な発見に繋がった。また、2電子反応の期待出来るマンガンによる電気化学特性も見いだされ、これらについての多くの学会発表と論文発表を行った。

今後の研究の推進方策

新規材料の開発に向けた検討を加速する。これまでも、様々な組成の新物質合成を試みてきているが、物質の新規性と優れた電気化学特性の両立は実現できていない。候補材料についての設計ポリシーと優先順位をより明確化し、探索を継続する。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (13件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Fe^<3+>/Fe^<2+> Redox Couple Approaching 4 V in Li_<2-x>(Fe<1-y>Mn_y)P_2O_7 Pyrophosphate Cathodes2012

    • 著者名/発表者名
      Naoya Furuta, Shin-ichi Nishimura, Prabeer Barpanda, Atsuo Yamada
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials

      巻: 24 ページ: 1055-1061

    • DOI

      10.1021/cm2032465

    • 査読あり
  • [学会発表] リチウムイオン電池正極材料Li_<2-x>(Mn_<0.5>Fe_<0.5>)P_2O_7の57Feメスバウアー分光2012

    • 著者名/発表者名
      西村真一, 山田淳夫
    • 学会等名
      第13回メスバウアー分光研究会シンポジウム
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2012-03-23
  • [学会発表] Structure and Electrochemistry of New 3.5 V Class Pyrophosphate Cathode2011

    • 著者名/発表者名
      Atsuo Yamada
    • 学会等名
      The first Japan-Taiwan Workshop on Electrochemical Energy Storage and Conversion
    • 発表場所
      台湾台北(招待講演)
    • 年月日
      2011-11-21
  • [学会発表] リチウム遷移金属酸素酸塩の電極機能とその機構2011

    • 著者名/発表者名
      山田淳夫
    • 学会等名
      第2回つくばイノベーションフォーラム「2次電池と燃料電池の科学と技術」
    • 発表場所
      茨城県つくば市(招待講演)
    • 年月日
      2011-11-19
  • [学会発表] ピロリン酸鉄リチウムLi_2FeP_2O_7の充放電機構2011

    • 著者名/発表者名
      清水大介, 古田直也, Barpanda Prabeer, Chung Sar-Cheong, 山田裕貴, 西村真一, 山田淳夫
    • 学会等名
      第1回CSJ化学フェスタ
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2011-11-15
  • [学会発表] ピロリン酸塩系正極活物質Li_2(Mn_yFe_<1-y>)P_2O_7の合成と電極特性2011

    • 著者名/発表者名
      古田直也, 清水大介, Barpanda Prabeer, Chung Sai-Cheong, 山田裕貴, 西村真一, 山田淳夫
    • 学会等名
      第1回CSJ化学フェスタ
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2011-11-15
  • [学会発表] リチウム遷移金属酸素酸塩の電極機能とその機構2011

    • 著者名/発表者名
      山田淳夫
    • 学会等名
      固体化学の新しい指針を探る研究会第69回定例研究会
    • 発表場所
      東京(招待講演)
    • 年月日
      2011-11-15
  • [学会発表] ピロリン酸塩系正極活物質Li_2(Mn_yFe_<1-y>)P_2O_7の合成と電極特性2011

    • 著者名/発表者名
      古田直也, 清水大介, Prabeer Barpanda, Sai-Cheong Chung, 山田裕貴, 西村真一, 山田淳夫
    • 学会等名
      第52回電池討論会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2011-10-19
  • [学会発表] ピロリン酸鉄リチウムLi_2FeP_2O_7の充放電機構2011

    • 著者名/発表者名
      清水大介, 古田直也, Prabeer Barpanda, Sai-Cheong Chung, 山田裕貴, 西村真一, 山田淳夫
    • 学会等名
      第52回電池討論会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2011-10-19
  • [学会発表] New Lithium Iron Pyrophosphate Li_2FeP_2O_7 as 3.5 V Class Cathode Material for Lithium-ion Battery2011

    • 著者名/発表者名
      Atsuo Yamada, Shin-ichi Nishimura
    • 学会等名
      62nd Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • 発表場所
      新潟県新潟市(招待講演)
    • 年月日
      2011-09-14
  • [学会発表] Electrochemical Behavior and Reaction Mechanisms of Li_2Mn_yFe_<1-y>P_2O_72011

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Shimizu, Naoya Furuta, Prabeer, Barpanda, Sai-Cheong, Chung, Yuki Yamada, Shin-Ichi Nishimura, Atsuo Yamada
    • 学会等名
      62nd Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • 発表場所
      新潟県新潟市
    • 年月日
      2011-09-12
  • [学会発表] Li_2MP_2O_7(M=Fe, Mn)の結晶構造と電気化学特性2011

    • 著者名/発表者名
      西村真一, 清水大介, 古田直也, 山田淳夫
    • 学会等名
      第7回固体イオニクスセミナー
    • 発表場所
      富山県氷見市
    • 年月日
      2011-09-04
  • [学会発表] Crystal Structure and Electrochemical Performance of Lithium Iron Pyrophosphate2011

    • 著者名/発表者名
      Shin-ichi Nishimura, Ryuichi Natsui, Megumi Nakamura, Atsuo Yamada
    • 学会等名
      International Conference on Materials for Advanced Technologies (ICMAT) 2011
    • 発表場所
      シンガポールサンテックシティ
    • 年月日
      2011-06-27
  • [学会発表] Structure and Electrochemistry of New 3.5 V Class Pyrophosphate Cathode2011

    • 著者名/発表者名
      Atsuo Yamada, Shin-ichi Nishimura
    • 学会等名
      Lithium Batteries Discussion 2011
    • 発表場所
      フランスアルカション
    • 年月日
      2011-06-15
  • [備考]

    • URL

      http://www-yamada-lab.t.u-tokyo.ac.jp/publication.html

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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