金属酸化物、酸化フッ化物材料のナノ化学エンジニアリングと電気、光学、物理化学特性

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溶液中での結晶成長を利用したプロセスにより、ナノ構造制御を行い、環境・エネルギー材料の性能を向上させる研究に取り組んだ。なかでも、高容量および高出力特性を併せ持つLiイオン電池材料は、電気自動車を主とする様々な用途において期待されており、この研究を中心に行った。ハイレート(高出力)Li貯蔵デバイスの開発のためには、ナノ構造制御を行わなければ、実現できない。これまで、Liイオン電池材料として期待されるマンガン酸ナトリウム(Na0.44MnO2)のナノ構造制御の報告は無く、ハイレートLi貯蔵デバイスとしての報告もされていなかった。今年度の研究では、Na0.44MnO2のナノ構造制御を行い、単結晶Na0.44MnO2のナノワイヤーの合成に成功し、これを用いた電極により、良好なハイレート特性を得ることができた。また、これまで報告されている高出力型Li貯蔵デバイスは、Liイオン電池が本来有する安定した電圧を供給するフラットなプラトーを示さず、キャパシタに似た充放電曲線となり、スーパーキャパシタと呼ばれていた。そのためプラトーを有する高出力型Liイオン電池の報告はなされていなかった。私は、金属スズの高い電子伝導性およびLiイオン拡散係数と自己ナノポーラス反応を利用して、ハイレート時の測定においてもプラトーを維持した安定な電圧を供給することができる高容量・高出力型Liイオン電池負極の開発に成功した。今年度のナノ構造制御に基づいたエネルギー材料の開発の研究は、材料化学の分野のみならず、電気化学などのエネルギーに関わる分野にも大きな影響を与える結果であると考えられる。