2019 Fiscal Year Annual Research Report
Design and Energy-Related Functions of Highly-Ordered Metal Chalcogenide Hybrids
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19F19343
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
中山 雅晴 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (70274181)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
KUMBHAR VIJAY 山口大学, 大学院創成科学研究科, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2019-11-08 – 2022-03-31
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| Keywords | 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
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。
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| Strategy for Future Research Activity |
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。
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