鉄酸化細菌が作るナノアモルファス酸化鉄の構造解析とリチウムイオン充放電特性

铁氧化细菌产生的纳米非晶氧化铁的结构分析及锂离子充放电特性

• 批准号: 24760550
• 负责人: 橋本 英樹
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2013-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-24760550/
• 关键词: リチウムイオン電池; 正極; 負極; 鉄酸化細菌

申請者は鉄酸化細菌Gallionella ferrugineaが自然界で作るねじれ紐状酸化鉄を“G-バイオジナス酸化鉄（G-biogenous iron oxide: G-BIOX）”と命名し機能探索を行ったところ，リチウム（Li）イオン充放電特性を示すことを発見した．これまでの申請者の研究成果により，G-BIOXの組成・微細組織・結晶構造が明らかとなった．また，最近の予備研究によって，G-BIOXをLiイオン電池の正極材料として用いたところ，現行材料を遥かに凌駕する初期充放電容量が得られることを世界で初めて発見し，鉄酸化細菌由来酸化鉄の機能性材料への可能性を示した．本研究の目的は，予備研究結果を更に発展させて（1）G-BIOXの原子レベルでの構造を明らかにすると共に，（2）G-BIOXをLiイオン電池の電極材料（正極および負極）として応用することである．（1）G-BIOXの構造解析：申請者はG-BIOXと構造の良く似た酸化鉄（Leptothrix ochraceaが作ったBIOX，L-BIOX）の高エネルギーX線回折を行っている．本年度は，G-BIOXの構造を明らかにするための第一段階として，既に得られているL-BIOXのデータを元に逆モンテカルロ法を用いて原子配列を明らかにした．その結果，L-BIOXは酸化鉄のネットワーク中に酸化シリコンが孤立して存在する興味深い構造を有することを明らかとした．（2）G-BIOXをLiイオン電池の電極材料としての応用：平成24年度では正極としての特性を検討した．具体的にはG-BIOXを活物質として電極を作製し，Liを対極としたハーフセルで4.0–1.5 Vの電圧範囲で充放電特性を評価した．その結果，G-BIOX電極はこれまでに報告されている酸化鉄系材料よりも優れた特性（容量，サイクル特性，レート特性）を示すことを見出した．

The applicant asked the ferro acidifying bacteria Gallionella ferruginea to act in nature. The name "G-biotic iron oxide: G-BIOX" was used to explore the function of ferro acidifying bacteria. The applicant's research results show that the composition, microstructure and crystal structure of G-BIOX are clear. Recently, in preparation for research, G-BIOX Li ion battery electrode materials and applications, the current materials have been far superior to the initial charge capacity of the world, the world's first discovery, ferroacidizing bacteria from acidizing iron functional materials, the possibility of. The purpose of this study is to further develop the preliminary results of (1) the atomic structure of G-BIOX and (2) the electrode materials for G-BIOX lithium ion batteries. (1) Structural analysis of G-BIOX: The applicant has a high level of X-ray reflection of Leptothrix ochracea for G-BIOX and L-BIOX. This year, the first stage of the G-BIOX structure has been clarified. The first stage of the G-BIOX structure has been clarified. As a result, L-BIOX is isolated from the acid iron production process and exists in deep structure. (2) G-BIOX lithium ion battery electrode material and its application: Heisei 24 year, electrode and its characteristics are discussed. Specific G-BIOX active material electrode control, Li electrode control, 4.0 - 1.5 V voltage range and charge characteristics are evaluated. As a result, G-BIOX electrodes are reported to have excellent properties (capacity, service characteristics, and service characteristics) of acidified iron-based materials.

项目成果

Amorphous structure of iron oxide of bacterial origin

• DOI: 10.1016/j.matchemphys.2012.10.002
• 发表时间: 2012-12-14
• 期刊: MATERIALS CHEMISTRY AND PHYSICS
• 影响因子: 4.6
• 作者: Hashimoto, Hideki;Fujii, Tatsuo;Takada, Jun
• 通讯作者: Takada, Jun

Acidic Amorphous Silica Prepared from Iron Oxide of Bacterial Origin

由细菌来源的氧化铁制备的酸性无定形二氧化硅

• DOI: 10.1021/am302837p
• 发表时间: 2013
• 期刊: ACS Applied Materials & Interfaces
• 影响因子: 9.5
• 作者: H. Hashimoto;A. Itadani;T. Kudoh;Y. Kuroda;M. Seno;Y. Kusano;Y. Ikeda;M. Nakanishi;T. Fujii;and J. Takada
• 通讯作者: and J. Takada

Nano-icro-architectural composites with acid properties: Magnetic iron oxides/amorphous silicate prepared from iron oxide produced by iron-oxidizing bacterium, Leptothrix ochracea

具有酸性特性​​的纳米微建筑复合材料：由铁氧化细菌 Leptothrix ochracea 产生的氧化铁制备的磁性氧化铁/无定形硅酸盐

• DOI: 10.1016/j.materresbull.2012.12.022
• 发表时间: 2013
• 期刊: Materials Research Bulletin
• 影响因子: 5.4
• 作者: S. W. Xu;K. Oh-ishi;H. Takahashi;T. Homma;S. Kamado;黒坂貴裕;渡邊真宏;渡邊真宏;渡邊真宏;森下エラ;渡邊真宏;H. Hashimoto
• 通讯作者: H. Hashimoto

Synthesis and magnetic properties of magnetite-silicate nanocomposites derived from iron oxide of bacterial origin.

细菌来源的氧化铁衍生的磁铁矿-硅酸盐纳米复合材料的合成和磁性。

• DOI: 10.1016/j.matchemphys.2012.08.070
• 发表时间: 2012
• 期刊: Materials Chemistry and Physics
• 影响因子: 4.6
• 作者: Hashimoto;H
• 通讯作者: H