第一原理計算に基づく正極材料相転移現象の解明

基于第一性原理计算阐明正极材料相变现象

• 批准号: 18K14313
• 负责人: 渡部 絵里子
• 金额: $ 1.58万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-01 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18K14313/
• 关键词: 第一原理計算; 正極材料; NMR; 構造探索

持続可能なエネルギー変換型社会の実現に向け、リチウムイオン電池・ナトリウムイオン電池を代表とする二次電池が大きく注目されている。これらの電気自動車や家庭用蓄電池への大型展開を実現するためには、大容量化・低コスト化が要求されており、原理解明に基づく新規材料開発が重要である。構造解析は充放電における体積変化や反応メカニズムの解明に対して基礎となる情報であり、核磁気共鳴（NMR）は局所構造解析に有用な手法の一つである。構造解析が特に重要な正極材料として、酸素レドックスが発現する材料群をとりあげる。これらの系は、大きな充放電容量を示すことから有望な正極材料として注目されている一方、多くの系において充電後に不可逆な構造変化が生じることが知られている。本課題において、ナトリウム過剰層状正極材料であるNa2-xRuO3をモデル系としてとりあげ、第一原理計算に基づくNMRスペクトルの解釈を行った。充放電過程のいずれの構造においても、第一原理計算によるスペクトルは実験と良好な一致を示した。また、化合物の電子状態とスペクトルのピーク位置の関係性に関しても詳細に議論した。今後は、充放電過程における様々な準安定構造を探索する手法とあわせることで、より詳細な局所構造解析が実現すると期待される。得られた構造を基に理論発生電位・体積変化・電子状態、さらにはNMRスペクトルのピーク位置を計算し、実験と比較することで、妥当性を確保しつつ、有望な材料の効率的な開発が可能となると考えられる。

The current trend of the society with the possibility of changing the type of battery is to increase the number of secondary batteries. The large-scale development of electric vehicles and household batteries requires high capacity and low cost, and it is important to understand the basic principles and develop new materials. Structural analysis is based on volume change, inversion, resolution, fundamental information, and nuclear magnetic resonance (NMR). Structural analysis is particularly important for electrode materials, and for the discovery of material groups. The electrode material is expected to be charged in one or more ways, and the structure is irreversible after charging. This topic is aimed at solving the problem of layered electrode materials such as Na2-xRuO3 and first-principle calculations. The structure of the process is consistent with that of the first-principle calculation. The electronic state of the compound is discussed in detail. In the future, the method of quasi-stable structure exploration and detailed structure analysis will be expected. The structure is based on the theoretical generation potential, volume change, electronic state, calculation of NMR position, comparison, adequacy, and possibility of material efficiency development.

项目成果

Redox-Driven Spin Transition in a Layered Battery Cathode Material

• DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b04775
• 发表时间: 2019-03
• 期刊: Chemistry of Materials
• 影响因子: 8.6
• 作者: Eriko Watanabe;Wenwen Zhao;A. Sugahara;Benoit Mortemard de Boisse;Laura Lander;D. Asakura;Y. Okamoto;T. Mizokawa;M. Okubo;A. Yamada

酸化還元反応に誘起される固相スピンクロスオーバー

氧化还原反应诱导的固相自旋交叉

• 发表时间: 2019
• 作者: 渡部絵里子;Zhao Wenwen;菅原哲;Mortemard de Boisse Benoit;Lander Laura;朝倉大輔;岡本陽平;溝川貴司;大久保將史;山田淳夫
• 通讯作者: 山田淳夫

電気化学的に誘起される固相スピンクロスオーバー

电化学诱导固相自旋交叉

• 发表时间: 2018
• 作者: 渡部絵里子;Zhao Wenwen;菅原哲;Mortemard de Boisse Benoit;Lander Laura;朝倉大輔;岡本陽平;溝川貴司;大久保將史;山田淳夫
• 通讯作者: 山田淳夫

Combined computational and experimental NMR analyses on Na1-xRuO3

Na1-xRuO3 的计算和实验 NMR 分析相结合

• 发表时间: 2018
• 作者: Watanabe Eriko;Carlier Dany;Delmas Claude;Mortemard de Boisse Benoit;Okubo Masashi;Yamada Atsuo
• 通讯作者: Yamada Atsuo

Combined Theoretical and Experimental Studies of Sodium Battery Materials

钠电池材料的理论与实验结合研究

• DOI: 10.1002/tcr.201800125
• 发表时间: 2019
• 期刊: The Chemical Record
• 作者: Watanabe Eriko;Chung Sai-Cheong;Nishimura Shin-ichi;Yamada Yuki;Okubo Masashi;Sodeyama Keitaro;Tateyama Yoshitaka;Yamada Atsuo
• 通讯作者: Yamada Atsuo