Fine Particle Synthesis by Multiple Nucleation Reaction using Microbubbles

本研究課題は、次世代高エネルギー密度二次電池の実現に向けた電極材料の開発を行うものである。そのための電極反応の効率向上の方法のひとつとして、粒子の微細化による反応場の増大に注目した。これまで微細粒子の合成方法は様々な方法が提案されてきたが、本研究課題では、低コストで簡便なマイクロバブルを用いたマンガン－チタン系酸化物の合成に着目した。マイクロバブルを用いることで、同時多発的に核生成反応を起こし、材料のナノポーラス化を狙ったものである。昨年度(3年のうち2年目)は、マイクロバブルを用いた材料の合成とその電極特性評価を行い、合成方法の検討を行った。しかしながら、コロナ禍の影響で新たな電気化学測定システムの納期が年度内に間に合わなかったため、電極特性の詳細な解析は次年度に持ち越すこととし、電池としての評価と試料の合成を中心に研究課題を実施した。まず、合成条件を最適化するために、初年度に比べて合成時間や出発組成を詳細に変更して合成を行った。X線構造解析やFE-SEMによる観察の結果、合成時間が試料の構造に大きく影響することがわかった。今後の検討課題として、加温やさらなる合成条件の最適化の必要性が示唆された。合成した試料を用いて、電気化学測定用のコイン型セルを作製した。本研究課題で購入した電気化学測定システムを用いて、サイクリックボルタンメトリー(CV)測定を実施した。CV測定により、おおまかな電池特性を素早く評価してから、定電流充放電試験で評価することにより効率的に評価することができた。その結果、結晶性とレート特性に関係があることが示唆された。今後は、電気化学測定システムによる電極特性の詳細な解析を行い、合成条件を最適化することで、次世代高エネルギー密度二次電池実現に向けた高機能電極材料の合成方法を提案することを目指す。

本研究課題は、次世代高エネルギー密度二次電池の実現に向けた電極材料の開発を行うものである。そのための電極反応の効率向上の方法のひとつとして、粒子の微細化による反応場の増大に注目した。これまで微細粒子の合成方法は様々な方法が提案されてきたが、本研究課題では、低コストで簡便なマイクロバブルを用いたマンガン－チタン系酸化物の合成に着目した。マイクロバブルを用いることで、同時多発的に核生成反応を起こし、材料のナノポーラス化を狙ったものである。昨年度(3年のうち2年目)は、マイクロバブルを用いた材料の合成とその電極特性評価を行い、合成方法の検討を行った。しかしながら、コロナ禍の影響で新たな電気化学測定システムの納期が年度内に間に合わなかったため、電極特性の詳細な解析は次年度に持ち越すこととし、電池としての評価と試料の合成を中心に研究課題を実施した。まず、合成条件を最適化するために、初年度に比べて合成時間や出発組成を詳細に変更して合成を行った。X線構造解析やFE-SEMによる観察の結果、合成時間が試料の構造に大きく影響することがわかった。今後の検討課題として、加温やさらなる合成条件の最適化の必要性が示唆された。合成した試料を用いて、電気化学測定用のコイン型セルを作製した。本研究課題で購入した電気化学測定システムを用いて、サイクリックボルタンメトリー(CV)測定を実施した。CV測定により、おおまかな電池特性を素早く評価してから、定電流充放電試験で評価することにより効率的に評価することができた。その結果、結晶性とレート特性に関係があることが示唆された。今後は、電気化学測定システムによる電極特性の詳細な解析を行い、合成条件を最適化することで、次世代高エネルギー密度二次電池実現に向けた高機能電極材料の合成方法を提案することを目指す。