バナジン酸塩ガラスによる金属空気二次電池用の新規触媒の開発

本研究では、希少金属である希土類元素を使用せず、さらに特定の結晶構造を必要としない「ガラス」により新しい触媒材料を創出する。バナジン酸塩ガラス (例えば 20BaO・10Fe2O3・70V2O5) は適切な熱処理により電気伝導性を有するため、電極材料として使用する際に導電助剤を必要としない。さらにガラスの特徴として、骨格中に適切な触媒元素[3dブロック元素(NiやMnなど)] を均一に配置できると考えられるため、電極反応をスムーズに進行させることができると考えられる。前年度より引き続き、Co3O4を添加したバナジン酸塩ガラス空気極触媒を開発している。前年度はCo3O4の添加割合を検討し、空気極触媒能を最大化するCo3O4添加割合は 5 mol% であることがわかった。そこで今年度はCo3O4添加割合を 5 mol% に固定し、主成分であるV2O5とBaOの組成比を調整し、空気極触媒能の最大化を目指した (xBaO・5Co3O4・5Fe2O3・(90-x)V2O5 [x = 25～10])。その結果、20BaO・5Co3O4・5Fe2O3・70V2O5ガラスが最も優れた空気極触媒能を発現した。一般に酸化物ガラスではガラス骨格を形成する網目形成成分 (network former; NWF) と、その隙間に存在する網目修飾成分 (network modifier; NWM) が存在する。イオン結合性の強い酸化物であるNWMは、共有結合性が強いNWFの結合を切断する役割を持つ。バナジン酸塩ガラスにおいてV2O5はNWF、BaOはNWMの役割を果たす。NWM/NWFの割合が、酸素還元能 (放電) および酸素発生能 (充電) に影響を及ぼしたものと考えられる。今後、考察を進めていく。

本研究では、希少金属である希土類元素を使用せず、さらに特定の結晶構造を必要としない「ガラス」により新しい触媒材料を創出する。バナジン酸塩ガラス (例えば 20BaO・10Fe2O3・70V2O5) は適切な熱処理により電気伝導性を有するため、電極材料として使用する際に導電助剤を必要としない。さらにガラスの特徴として、骨格中に適切な触媒元素[3dブロック元素(NiやMnなど)] を均一に配置できると考えられるため、電極反応をスムーズに進行させることができると考えられる。前年度より引き続き、Co3O4を添加したバナジン酸塩ガラス空気極触媒を開発している。前年度はCo3O4の添加割合を検討し、空気極触媒能を最大化するCo3O4添加割合は 5 mol% であることがわかった。そこで今年度はCo3O4添加割合を 5 mol% に固定し、主成分であるV2O5とBaOの組成比を調整し、空気極触媒能の最大化を目指した (xBaO・5Co3O4・5Fe2O3・(90-x)V2O5 [x = 25～10])。その結果、20BaO・5Co3O4・5Fe2O3・70V2O5ガラスが最も優れた空気極触媒能を発現した。一般に酸化物ガラスではガラス骨格を形成する網目形成成分 (network former; NWF) と、その隙間に存在する網目修飾成分 (network modifier; NWM) が存在する。イオン結合性の強い酸化物であるNWMは、共有結合性が強いNWFの結合を切断する役割を持つ。バナジン酸塩ガラスにおいてV2O5はNWF、BaOはNWMの役割を果たす。NWM/NWFの割合が、酸素還元能 (放電) および酸素発生能 (充電) に影響を及ぼしたものと考えられる。今後、考察を進めていく。