2019 Fiscal Year Annual Research Report
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18H03924
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
大久保 將史 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (20453673)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大谷 実 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究チーム長 (50334040)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | キャパシタ / 層状化合物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、キャパシタの高エネルギー密度化を目指し、キャパシタンスを増大させる新指針として「電気二重層の誘電率制御」を提案する。対象として、MXene（マキシン）と総称される層状化合物に着目する。MXeneは、層間への高速蓄電、金属伝導、多様な組成選択性など、材料開発に関して多くの利点を持つため、蓄電特性を大幅に向上できる可能性がある。
2019年度において、Ti2CTx、Ti3C2Tx、Mo2CTxなど様々な組成を持つMXeneの電極性能を更に高めるために、水系電解液の高濃度化による高電圧作動を目指した。高濃度水系電解液は、特異な水和環境を反映した蓄電デバイスの高電圧化が可能であることが知られている。そこで、高濃度Li水溶液中でのMXeneの電極特性を調べたところ、電位窓の大幅な拡張による容量増大を実現した。計算科学との協業により、前年度に明らかとなった特異的な水分子の誘電応答が機能することで、高容量が得られることが分かった。
一方、界面抵抗を電気化学インピーダンススペクトルで調べたところ、濃度の増大に伴う界面抵抗の上昇が確認され、また、その原因がイオン間相関にあることが分かった。以上の結果から、高容量・高出力を両立した高性能蓄電デバイスを実現するためには、イオン間相関の制御が重要であることが明らかとなり、確固たる材料、電極、界面、更にはデバイスの設計のための基盤的知見が確立された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
複雑系であるMXene電極系について、電荷貯蔵の機構を明らかにした前年度の成果を基に、電解液の最適化による大幅な高容量化に成功し、また、計算科学との協業により蓄電機構を明らかにすることにも成功したことから、当初の計画以上に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
MXeneの高容量・高出力特性を最大限に利用できる電極系の開発を目指し、化学組成、表面官能基、電解液組成、電極－電解液界面の統合的な制御を行う環境が過年度の成果により整った。本年度以降は、それらの知見を総合的に展開し、電極特性の高性能化を図る。また、未だ未解明である、表面官能基と電荷の相互作用について、計算科学と実験技術の協業により知見を深化する。
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