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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

基本信息

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

项目摘要

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．

This research is directed towards the construction of a storage battery (hereinafter, a photovoltaic battery) that uses light to activate and recharge electrons.けたBasic research として, スピネル type acid compound positive electrode のphotoelectric 気chemistry investigation することをmain purpose としている． Specifically, the スピネル type acid compound cathode material and the general なLiMn2O4 を are used and the photovoltaic and chemical properties are evaluated after The basic axis of LiMn2O4 is composed of different materials, and the material is researched and developed, and the bird's eye view is understood and understood. This year's results include LiMn2O4 and TiO2 (photocatalyst) powder and mixed electrodes, and electronic electrolyte containing ultraviolet and visible light irradiation in a water-based thick electrolyte.ことにより, LiMn2O4 からのLi detachment (positive electrode material charge reaction) が progress することを実证し, さらにそのDetailed をＸStructural analysis and composition analysisにより明らかにした． The result of this work is the design of a half-battery used in electronics, and the design of LiMn2O4 The initial research on the stable optical charging of so-called 4V-class cathode materials is very important. LiMn2O4 is a promising cathode material for high-potential photovoltaic batteries and has shown success. However, the structure of Li after detachment is not stable. Stability and reversibility during light charging/discharging are a subject, and LiMn2O4's stability is a material design problem. As a result, a part of Mn is replaced by a different element, and the non-uniform reaction is suppressed under light irradiation.これは, 従来のリチウムイオンBattery におけるpositive electrode material designの知见を生かしながら, the development of high-performance photovoltaic cells is showing the direction of the design pointer, and the progress is of profound significance. Nowadays, the replacement of heterogeneous elements and the systematic investigation of the light charging characteristics of the materials are carried out, and the overall understanding and understanding of the new material design and academic foundation construction are carried out, and the research and promotion are carried out.