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Electric double layer in nanospace: Integration of statistic analyses of experimental and simulation data

纳米空间中的双电层：实验数据和模拟数据统计分析的整合

基本信息

批准号：
21H04697
负责人：
大久保將史
金额：
$ 27.21万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は、電気二重層キャパシタの高エネルギー密度化を目指し、静電容量を増大させる新しい指針として「インターカレーション静電容量」を提案するものである。具体的にはMXene（マキシン）と総称される層状化合物を研究対象とする。MXeneは、層間ナノ空間に挿入されたイオンが電気二重層を形成し、インターカレーション静電容量を与える。これまでの応募者の研究で、層間ナノ空間に共挿入された電解液の溶媒分子が外部電場を過剰遮蔽し、静電容量を大幅に増大することが明らかとなっていた。2022年度においては、MXeneの電子状態・構造状態、表面官能基、電解液溶媒分子の性質、イオン種、濃度、などのインターカレーション静電容量を支配すると考えられる因子の膨大な数に及ぶ組み合わせに対して、2021年度に成功していた溶融塩を用いて表面官能基を完全に制御MXeneの電極特性を精密に解析した。その結果、通常の-F/-Cl/-O/-OHなどの複数の表面官能基を含むMXeneが優れた電極活性を示すのに対して、-Clのみ、-Brのみが表面官能基として修飾しているMXeneは全くイオンインターカレーション反応容量を示さないことが分かった。そのメカニズムは不明であるが、充電後にMXeneがアモルファス化していることが確認され、特定の官能基が電極活性を発現するために不可欠であることが分かった（K. Kawai, et al., 2D Mater. 2023, 10, 014012）。また、MXeneのデータベースを構築するための準備として、JSON形式でLiFePO4の電極特性をデータベース化する方法論を模索し、ツリー型にすることで効率的なデータ可視化が可能となった。

This study aims to provide a new guideline for increasing the electrostatic capacity of the electric double layer. Specific MXene (MXN) compounds are studied MXene has a double layer of electricity, and its interlayer space has a double layer of electricity. In this study, the solvent molecules in the electrolyte are shielded from the external electric field and the electrostatic capacity is greatly increased. In 2022, the electronic state, structural state, surface functional groups, properties of electrolyte solvent molecules, species, concentration, and electrostatic capacity of MXene were determined. In 2021, the electrode characteristics of MXene were completely controlled by surface functional groups. As a result, MXene containing a plurality of surface functional groups such as-F/-Cl/-O/-OH has excellent electrode activity, -Cl and-Br surface functional groups have been modified, and MXene has excellent reaction capacity. MXene is not identified after charging, and specific functional groups are identified for electrode activity. Kawai, et al., 2D Mater. 2023, 10, 014012）。The preparation and visualization of electrode characteristics of LiFePO4 in JSON format are possible.

项目成果

期刊论文数量（19）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Relationship between Electric Double-Layer Structure of MXene Electrode and Its Surface Functional Groups

MXene电极的电双层结构与其表面官能团的关系

DOI：
10.1021/acs.chemmater.1c03328
发表时间：
2022
期刊：
Chemistry of Materials
影响因子：
8.6
作者：
Shimada Tatau;Takenaka Norio;Ando Yasunobu;Otani Minoru;Okubo Masashi;Yamada Atsuo
通讯作者：
Yamada Atsuo

Square-Scheme Electrochemistry in Battery Electrodes