2021 Fiscal Year Annual Research Report
Functionality elucidation of rice husk-derived C/SiOx composite as the anode active material of Li-ion energy storage devices
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19H02121
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| Research Institution | Akita University |
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Principal Investigator |
熊谷 誠治 秋田大学, 理工学研究科, 教授 (00363739)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田島 大輔 福岡工業大学, 工学部, 教授 (10531452)
カビール ムハムドゥル 秋田大学, 理工学研究科, 准教授 (10422164)
富岡 雅弘 秋田大学, 理工学研究科, 助教 (00838683)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 蓄電デバイス / もみ殻 / 電極活物質 / リチウムイオン電池 / リチウムイオンキャパシタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
炭化処理したもみ殻のNaOH水溶液への浸漬条件を変化させ，SiOxを除去しない場合，SiOxを半分程度除去した場合，SiOxをほぼ全量除去したC/SiOx活物質を作製した。そして，それらをLiイオン電池およびLiイオンキャパシタの負極活物質として使用し，負極活物質としての性能を評価した。
上記3種類のC/SiOx活物質をLiイオン電池の負極に用いた場合における，C/SiOx中のSiOxがLiイオン電池のレートおよびサイクル特性に及ぼす役割について調査した。CおよびSiOxの比容量はそれぞれ375および475 mAh/gと計測された。もみ殻由来C/SiOxの初回Liイオンの吸蔵放出効率は低いことから，事前に負極にLiイオンを吸蔵させておくプレドープ処理を施した。Liイオン電池の充放電電流密度を増加させた場合，SiOxを多く含有した方が，電池容量の保持率が高くなった。この結果から，SiOxとLiイオンの可逆反応の時間応答がCのそれよりも速いことが示唆された。また，SiOxを多く含有した電池は，サイクル試験中の電池容量の低下が最も大きかった。Liイオンの吸蔵放出に伴うSiOxの体積膨張による構造崩壊が，電池のサイクル特性を低下させた。
さらに，もみ殻由来C/SiOx活物質をLiイオンキャパシタの負極に使用し，SiOx含有率がそのサイクル特性に与える影響を調査した。この場合，SiOxを半分程度除去することで，サイクル特性が顕著に改善した。グラファイトおよびハードカーボンのC系活物質より優れた特性が得られた。Liイオン電池と比較し，1回の充放電において吸蔵放出するLiイオン数が少ないLiイオンキャパシタにおいては，SiOxの体積膨張が小さい上，その膨張収縮の緩衝空間を有するSiOxを半分程度除去したC/SiOx活物質が，非常に優れた機能を有することが示された。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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