2018 Fiscal Year Annual Research Report
Rutile TiO2 as a novel anode material for Na-ion battery
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16K05954
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
薄井 洋行 鳥取大学, 工学研究科, 准教授 (60423240)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ナトリウムイオン電池 / ルチル型酸化チタン / 負極 / 界面活性剤 / 単結晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Liの資源は情勢不安定な南米に偏在しているため，将来的な価格高騰が懸念されている．これに対し，Naは海水中に多量に存在し資源的な制約がなく安価なため，Naの吸蔵－放出により動作するナトリウム二次電池（NIB）が注目を浴びてきている．われわれはNIB負極活物質としてc軸方向に沿った一次元的なNa+拡散経路を有するルチル型TiO2に着目している．これまでに，TiO2へNbをドープすることでその電子伝導性を向上させ，さらに粒径を減少させつつ結晶性を高めることでNa+が粒子の内部にまで到達しやすくなり負極性能が向上することを見出してきた．一方，その調製方法として水熱合成法を用いると，より結晶性の高いNb-doped TiO2が得られるが同時に粒径も大きくなり過ぎてしまう問題があった．そこで本研究では，原料に界面活性剤を添加して水熱合成することにより粒径が小さく，かつ，高結晶性のNb-doped TiO2を調製しそのNIB負極特性を調べた．
水熱合成法を用いて調製したNb-doped TiO2粒子のSEM観察の結果，長さ400 nm程度の四角柱状の粒子を確認した．TEM観察を行うことで，四角柱状粒子の長軸がルチル型TiO2のc軸方向，すなわちNa+の拡散方向であることが明らかとなった．また，界面活性剤（SDS）を加えることで粒子の長軸方向の成長が抑制され，その長さを200 nm以下に縮小できることがわかった．充放電試験の結果，期待通り，粒子の長軸を短くすることにより放電（Na脱離）容量が改善され，800サイクル後においても200 mA h g-1を維持する優れた性能が得られた．これは，長軸を短くすることにより粒子の両端から中心までのNa+拡散距離を短くでき，Na+の吸蔵－放出が容易になったためと考えられる．
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