Innovative energy storage materials based on the peculiar functions realized by isolated molecules/orbitals.

基于孤立分子/轨道实现的特殊功能的创新储能材料。

• 批准号: 20H05673
• 负责人: 山田 淳夫
• 金额: $ 125.72万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-08-31 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H05673/
• 关键词: 孤立軌道; 孤立分子; 蓄電池; 電気化学反応; 分子動力学計算; 酸素レドックス; 酸素ラジカル; 酸素二量体; 遷移金属移動; 液相マーデルングポテンシャル; デバイ・ヒュッケル理論; 電極電位; 静電相互作用; 電気化学機能

蓄電池により多くの電荷を貯蔵するためには、電極材料中のできるだけ多くの構成元素への電子の出し入れを利用する必要がある。一般に利用される遷移金属の3d軌道への電子授受に加え、孤立した酸素2p軌道への電子の出し入れを利用するこれまでの研究では、まず充電による遷移金属イオンのサイト移動により特殊な酸素の二量化が誘引され、サイト移動した遷移金属イオンそのものが電圧降下を引き起こす主原因とされてきた。本研究では、Li1.2-xNi0.13Co0.13Mn0.54O2を対象に、リチウムを引く抜く過程で想定される様々な状態に対する安定性を緻密に評価し、相対比較を行った。その結果、電圧降下の引き金となるのは、実は遷移金属イオンのサイト移動ではなく、酸素の二量化であることが判明した。遷移金属イオンの移動は、酸素の二量化による構造変化が引きおこす副次的な現象であり、電圧降下よりもむしろ容量低下の主原因になっている事が解った。具体的には、x<0.63では酸素ラジカル、x>0.63では酸素二量体が優先的に生成し、これに誘引される形で遅れて遷移金属の移動が起こる。このように、電極中の孤立酸素2p軌道から電子を引き抜く際に誘引される逐次相転移現象に対する従来の定説が明確に否定され、正しい描像が与えられた。以上の成果により、電極材料への電荷貯蔵量の限界突破に向けては、これまで最重要とされてきた遷移金属の移動の抑制ではなく、より根本的な劣化の引き金となる酸素の二量化を優先的に抑制する材料設計が必要となる。

Battery に よ り more く を の charge storage 蔵 す る た め に は, electrode materials in の で き る だ け more く の elements へ の electron の し into れ を using す る necessary が あ る. に commonly used さ れ る migration metal の 3 d orbital へ の electronic giving-receiving に え, isolated し た acid, 2 p orbitals へ の electron の し into れ を using す る こ れ ま で の research で は, ま ず charging に よ る migration metal イ オ ン の サ イ ト mobile に よ り special な acid の two quantitative が decoys さ れ, サ イ ト mobile し た migration metal イ オ ン そ の も の 圧 が electricity The main reason for the を leading to the とされて す is とされて た た. This study で は, Li1.2 xNi0.13 Co0.13 Mn0.54 O2 を に, seaborne リ チ ウ ム を lead く sorting process く で scenarios さ れ る others 々 な state に す seaborne る stability を dense に review 価 し line, phase comparison を seaborne っ た. そ の results, electricity 圧 lowered の lead き gold と な る の は, be は migration metal イ オ ン の サ イ ト mobile で は な く, acid の two quantitative で あ る こ と が.at し た. Migration metal イ オ ン の mobile は, acid の two quantitative に よ る structure - the が lead き お こ な phenomenon で す vice times あ り, electricity 圧 lowered よ り も む し ろ の main reasons for low capacity に な っ て い る matter が solution っ た. Specific に は, x < 0.63 で は acid element ラ ジ カ ル, x > 0.63 で は acid, 2 quantity body が priority に generated し, こ れ に decoys さ れ る form で 遅 れ て migration metal の mobile が こ る. こ の よ う に の isolated acid element 2 p orbitals, electrode か ら electronic を lead き sorting く interstate に decoys さ れ る planning successive phase shift phenomenon に す seaborne る 従 to の DingShui が clear に negative さ れ, positive し い trace as が and え ら れ た. All above の に よ り, electrode material へ の charge storage 蔵 quantity の marginal breakthrough に to け て は, こ れ ま で most important と さ れ て き た migration metal の mobile の inhibit で は な く, よ り fundamental な degradation の lead き gold と な る acid element の two quantitative を priority に inhibiting す る material design が necessary と な る.

项目成果

酸素レドックス反応における巨大電位ヒステリシス

氧氧化还原反应中巨大的潜在滞后

• 发表时间: 2021
• 作者: 川合航右;Xiang-Mei Shi;竹中規雄;Jeonguk Jang;Benoit Mortemard de Boisse;土本晃久;朝倉大輔;吉川純;中山将伸;大久保將史;山田淳夫
• 通讯作者: 山田淳夫

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

• DOI: 10.1021/accountsmr.1c00155
• 发表时间: 2021-11
• 期刊: Accounts of Materials Research
• 影响因子: 14.6
• 作者: M. Okubo;Kosuke Kawai;Zihan Ma;A. Yamada

Liquid Madelung potential as a descriptor for better electrode reactions

液体马德隆电势作为更好电极反应的描述符

• 发表时间: 2022
• 作者: 大島彬広;増子拓紀;片山郁文;武田淳;小栗克弥;Atsuo Yamada
• 通讯作者: Atsuo Yamada

新規ハイドレートメルトによる水素発生抑制と水系二次電池の高電圧化

利用新型水合物熔体抑制水基二次电池的氢气产生和更高的电压

• 发表时间: 2022
• 作者: 高 晟齊;山田 淳夫
• 通讯作者: 山田 淳夫