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

点击翻译按钮获取中文摘要

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．