Development of high-capacity cathodes for rechargeable batteries by controlling microstructure of oxides

通过控制氧化物微观结构开发可充电电池的高容量正极

• 批准号: 21H01646
• 负责人: 河口 智也
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01646/
• 关键词: 二次電池; 微細組織構造; ハイエントロピー; 酸化物正極材料; ハイエントロピー酸化物; 酸化物正極; 微細組織

本研究は，リチウムイオン電池などに用いられる酸化物電極材料に対して，多数の元素を固溶した際に現れるハイエントロピー効果が，微細組織形成・電極性能に与える影響とその機構を調査することを目的とする．また本研究を通じて，多元素混合時の微細組織形成挙動，微細組織により誘起される弾性歪，弾性歪の存在下における多元素の電荷補償反応と電子状態などを実験的・計算的に明らかにしつつ，それらを記述する学理構築を目指す．2年目に当たる2022年度は，上記の検証に適した系と考えられる材料として，元来多価イオンであるMgイオンの可逆的な挿入脱離が困難であると考えられていた岩塩型構造を有する酸化物材料を見出し，その物質の詳細な検討を実施した．電気化学特性，充放電特性の評価を様々な条件を行うことで，現状利用可能な蓄電池構成材や環境の中で，材料の特性を最も引き出せる条件を見出した．また，様々な充放電状態の試料に対して，精密な結晶構造解析，電子構造解析，化学分析を実施することで， Mgイオンの挿入脱離が可逆的に行われていることを実証するとともに，その脱挿入には構造中にカチオン空孔を十分量生成し，そのような空孔がMg挿入後にも消滅しないような材料設計が必要であることを明らかにした．これらの実験結果をもとに，Mg挿入脱離を実現するハイエントロピー酸化物の設計指針を得るために，Mg移動時のエネルギー障壁に対するカチオン空孔の影響を第一原理計算で評価するとともに，Mgが低いエネルギー障壁を有する経路のみを通るような拡散が実現するための組成領域を，パーコレーション理論に基づき検討した．

In this study, the use of acid compound electrode materials for R&D batteries, most of the elements are in solid solutionるハイエントロピーeffectが, fine structure formation・Electrode performanceに and えるInfluenceとそのMechanismをInvestigationすることをPurposeとする. This research shows that when multiple elements are mixed, the microstructure is formed and stirred, and the microstructure induces the distortion of the elasticity, and the distortion of the elasticity occurs in the presence of the distortion.るMulti-element charge compensation reaction とelectron state などを実験・Calculation に明らかにしつつ, それらをDescription するphysics construction を目す． The 2-year project will be completed in 2022, and the above-mentioned certificate will be reversible. The insertion and detachment of the material is difficult, the material is detailed, and the material is detailed. The chemical properties of electricity, the evaluation of charge and discharge characteristics, the conditions and conditions of the operation, the current utilization of the battery constituting materials and the environment, the characteristics of the materials, the best conditions, and the conditions.また, 様々なcharge and discharge state of the sample に対して, precise な crystal structure analysis, electronic structure analysis, chemical analysis を実时することで, Mgイオンのinsertion and detachment of the reversible に行われていることを実证するとともに, そのdropping and insertion of the には structure of the にカチオン vacancyしのようなEmpty holeがMg is inserted and then it is destroyed. しないようなMaterial design is necessary.これらの実験 Results をもとに, Mg insertion and detachment するハイエントロピーacid compound design When the meter pointer is moving, the influence of the barrier wall and the hole on the Mg movement is the first. One Principle Calculationような拡sanが実 appearances するための constitute the field を, パーコレーション theory にbase づき検 Discussion した.

项目成果

リチウムイオン電池用酸化物正極材料におけるハイエントロピー化効果

锂离子电池氧化物正极材料的高熵效应

• 发表时间: 2022
• 作者: 河口智也;卞篠;安田優哉;畠山拓也;李弘毅;市坪哲
• 通讯作者: 市坪哲

Bragg Coherent Diffraction Imaging Studies of Catalytic Alloy Nanoparticles

催化合金纳米粒子的布拉格相干衍射成像研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 和田 佳樹;金 熙榮;田崎 亘;宮崎 修一;萩原幸司，中野貴由;Tomoya Kawaguchi
• 通讯作者: Tomoya Kawaguchi

Evaluating the Validity of a Hydrogen Mapping Method Based on Laser-induced Breakdown Spectroscopy

评估基于激光诱导击穿光谱的氢测绘方法的有效性

• DOI: 10.1380/ejssnt.2022-007
• 发表时间: 2022
• 期刊: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology
• 影响因子: 0.7
• 作者: Imashuku Susumu;Kamimura Takumi;Kawaguchi Tomoya;Ichitsubo Tetsu
• 通讯作者: Ichitsubo Tetsu

ハイエントロピー酸化物を用いた蓄電池正極材料

采用高熵氧化物的蓄电池正极材料

• 发表时间: 2023
• 作者: 植松 英之，小泉 洸太郎，山口 綾香，山根 正睦，田上 秀一;胡 皓宇,ブリフォ・ファビャン,白岩 隆行,榎 学;竹内恒博;河口智也，安田優哉，根本菜摘，下川航平，李弘毅，岡本範彦，市坪哲
• 通讯作者: 河口智也，安田優哉，根本菜摘，下川航平，李弘毅，岡本範彦，市坪哲

pH- and Cation-Dependent Water Oxidation on Rutile RuO2(110)

金红石 RuO2(110) 的 pH 和阳离子依赖性水氧化

• DOI: 10.1021/acs.jpcc.1c00413
• 发表时间: 2021
• 期刊: The Journal of Physical Chemistry C
• 作者: Rao Reshma R.;Huang Botao;Katayama Yu;Hwang Jonathan;Kawaguchi Tomoya;Lunger Jaclyn R.;Peng Jiayu;Zhang Yirui;Morinaga Asuka;Zhou Hua;You Hoydoo;Shao-Horn Yang
• 通讯作者: Shao-Horn Yang