高性能光蓄電池の構築を目指したスピネル型酸化物正極の光電気化学挙動の解明

阐明用于构建高性能光伏电池的尖晶石型氧化物阴极的光电化学行为

• 批准号: 22K14499
• 负责人: 下川 航平
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14499/
• 关键词: 光蓄電池; スピネル型酸化物; 正極材料; 光電気化学; 結晶構造; 光触媒; 電気化学

本研究では，光による電子励起を利用して充電反応を駆動する蓄電池（以後，光蓄電池）の構築に向けた基礎研究として，スピネル型酸化物正極の光電気化学挙動を調査することを主な目的としている．具体的には，スピネル型酸化物正極材料として一般的なLiMn2O4を用いた際の光電気化学特性を評価した後に，LiMn2O4を基軸として組成を変更した材料にも研究を展開することで，俯瞰的な理解を得ることを目指している．本年度の実績として，LiMn2O4とTiO2（光触媒）の粉末を混合した電極に対して，電子アクセプタを含む水系濃厚電解液中で紫外・可視光を照射することにより，LiMn2O4からのLi脱離（正極材料の充電反応）が進行することを実証し，さらにその詳細をＸ線構造解析や組成分析により明らかにした．本成果は，電子アクセプタを用いた半電池の設計であるものの，LiMn2O4などの所謂４Ｖ級の正極材料の安定的な光充電を初めて実証した研究として重要である．LiMn2O4が高電位の光蓄電池用正極材料として有望であることを示すことに成功したが，Li脱離後の構造の不安定性から光充電/放電時の可逆性に課題があったため，LiMn2O4の安定性を向上するための材料設計を行った．その結果，Mnの一部を異種元素で置換することにより，光照射下での不均化反応を抑制できることを明らかにした．これは，従来のリチウムイオン電池における正極材料設計の知見を活かしながら，高性能光蓄電池の実現に向けた設計指針を示す点で，意義深い進展である．現在は，異種元素置換を施した種々の材料の光充電特性を系統的に調査し，俯瞰的な理解を通じた新たな材料設計の学術基盤構築を目指して研究を推進している．

This study で は, light に よ る し use of electronic excitation up を て charge against 応 を 駆 dynamic す る battery (later, light battery) to け の build に た basic research と し て, ス ピ ネ ル type acidification content the positive の photoelectric 気 chemical 挙 を survey す る こ と を main purpose な と し て い る. Type specific に は, ス ピ ネ ル acidification, the anode materials と し て general な LiMn2O4 を with い た interstate の photoelectric 気 chemistry を review 価 し た に after LiMn2O4 を basic shaft と し て composition を - more し た material に も study を started す る こ と で, overlooking the な understand を too る こ と を refers し て い る. This year の be performance と し て, LiMn2O4 と TiO2 (light catalyst) の powder mixed を し た electrode に し seaborne て, electronic ア ク セ プ タ を containing む drainage of strong electrolyte で す を ultraviolet, visible light irradiation る こ と に よ り, LiMn2O4 か ら の Li from (the anode material の charge against 応) が す る こ と を be し, Youdaoplaceholder0 さらにそ detailed を X-ray structure analysis や composition analysis によ さらにそ clear らに に た た. The results は, electronic ア ク セ プ タ を with い た half cell の design で あ る も の の, LiMn2O4 な ど の so-called 4 v の の stable anode materials な early light charging を め て card be し た research と し て important で あ る. LiMn2O4 が high potential の light with battery cathode material と し て could で あ る こ と を shown す こ と に successful し た が, after Li from の tectonic の labile か ら light when charging/discharging の reversible に subject が あ っ た た め, LiMn2O4 の stability を upward す る た め の material design line を っ た. そ の results, Mn の を heterogeneous elements で す replacement る こ と に よ り, under the light irradiation で の uneven turn against 応 を inhibit で き る こ と を Ming ら か に し た. こ れ は 従 to の リ チ ウ ム イ オ ン battery に お け る anode material design の knowledge を live か し な が ら, high performance battery の be am に to け た design pointer を で す point, meaning deep い progress で あ る. Now は, heterogeneous elements replacement を し た kind 々 の material の charge characteristic を し に investigation system, overlooking な understand を tong じ た new た な material design の academic base plate construct を refers し を て research advance し て い る.

项目成果

光照射で駆動するスピネル型酸化物からのリチウムイオン脱離挙動

光照射驱动尖晶石氧化物的锂离子解吸行为

• 发表时间: 2022
• 作者: Shimokawa Kohei;Matsubara Shogo;Okamoto Akihiro;Ichitsubo Tetsu;下川航平，市坪哲;下川航平，松原翔吾，岡本章玄，市坪哲
• 通讯作者: 下川航平，松原翔吾，岡本章玄，市坪哲

次世代蓄電池開発におけるスピネル型酸化物正極の材料設計

下一代蓄电池开发中尖晶石型氧化物正极的材料设计

• 发表时间: 2022
• 作者: Shimokawa Kohei;Matsubara Shogo;Okamoto Akihiro;Ichitsubo Tetsu;下川航平，市坪哲
• 通讯作者: 下川航平，市坪哲