バクテリアが作るバイオ酸化鉄のキャラクタリゼーションとLiイオン充放電挙動の検討

细菌产生的生物氧化铁的表征及锂离子充放电行为的研究

• 批准号: 08J06858
• 负责人: 橋本 英樹
• 金额: $ 0.38万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J06858/
• 关键词: バイオ酸化鉄; Li二次電池; 非晶質構造; XAFS; 高エネルギーXRD

予備実験結果から、バイオ酸化鉄をLi二次電の正極活物質として用いると現行材料を遥かに凌駕する初期放電容量が得られることを発見した。しかし、以下に示す問題点が存在した。問題点(1)バイオ酸化鉄の構造が不明なため、Liイオン充放電機構を解明することができない。(2)容量は魅力的であるが、サイクル特性が良くない。本年度は、問題点(1)を克服するために、以下に示す計画に沿った実験の結果、目標を達成することができた。(1)バイオ酸化鉄のキャラクタリゼーション1.XAFSによるバイオ酸化鉄の局所構造解析(KEKにて測定)2.高エネルギーXRD測定および計算機シミュレーションによる非晶質構造解析(SPring-8にて測定)(2)バイオ酸化鉄Li二次電池の充放電途中の局所構造変化の解明1.ex,in-situ XAFS測定によるFeの価数変化および局所構造変化(KEKにて測定)(1)-1の結果から、バイオ酸化鉄の構造は非晶質構造特有の構造を有することが明らかとなった。(2)-2の結果から、バイオ酸化鉄の原子配列を可視化することに成功した。その構造はFeO6八面体が主に頂点および稜を共有することでネットワーク構造を形成しており、SiO4四面体はそのネットワーク構造中に孤立したSiO4四面体およびSi2O7二量体として存在していることを明らかとした。(2)-1の結果から、バイオ酸化鉄の初期放電容量が大きいのは、Feが一部0価のFeになっていることが主な要因であることが明らかとなった。サイクルを重ねるにつれて容量が低下するのは、バイオ酸化鉄のFeが充電時においても徐々に2価に近づき、構造が変化したまま元に戻らないことが原因であることがわかった。このように(1)のバイオ酸化鉄の構造解析と(2)のin-situ XAFS測定によ充放電機構を解明することに成功した。

Reserve be 験 results か ら, バ イ オ acidification iron objects を Li secondary electric の positive living substance と し て in い る と current material を remote か に above す る early discharge capacity が have ら れ る こ と を 発 see し た. The following に shows that the す problem point が exists in た た. Problem point (1) The structure of the バ <s:1> <s:1> acidified iron rod が is unclear なため, the charging and discharging mechanism of the Li <s:1> を is clarified する する とがで な な な とがで な な する. (2) The capacity であるが charm of であるが, サ サ and サ サ and <s:1> characteristics are が and good くな であるが. は this year, the question point (1) を overcome す る た め に, plan the following に shown す に along っ た be 験 の result, target を reach す る こ と が で き た. (1) バ イ オ acidification iron objects の キ ャ ラ ク タ リ ゼ ー シ ョ ン 1. The XAFS に よ る バ イ オ acidification iron objects の bureau structure (KEK に て determination) 2. High エ ネ ル ギ ー XRD measurement お よ び computer シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ る amorphous structure (SPring - 8 に て determination) (2) バ イ オ acidification iron objects Li secondary battery の way to charge and discharge の bureau structure - the の interpret 1. Ex, the in - situ XAFS measurement に よ る Fe の 価 number variations change お よ び bureau structure variations change (KEK に て determination) (1) - 1 の results か ら, バ イ オ acidification iron objects の tectonic は amorphous structure characteristic の を have す る こ と が Ming ら か と な っ た. (2)-2 <s:1> results: ら ら, バ バ <s:1> を visualization of the arrangement of acidified iron <s:1> atoms を する を とに とに successful た た た. そ の tectonic は FeO6 octahedral が main に vertex お よ び を edges of す る こ と で ネ ッ ト ワ ー を ク structure form し て お り, SiO4 tetrahedron は そ の ネ ッ ト ワ ー ク constructor に isolated し た SiO4 tetrahedron お よ び Si2O7 2 quantity body と し て exist し て い る こ と を Ming ら か と し た. (2) - 1 の results か ら, バ イ オ acidification iron objects の early discharge capacity が big き い の は, Fe が a 0 価 の Fe に な っ て い る こ と が な Lord will で あ る こ と が Ming ら か と な っ た. サ イ ク ル を heavy ね る に つ れ て low capacity が す る の は, バ イ オ acidification iron objects の Fe が charging に お い て も xu 々 に 2 価 に nearly づ き, tectonic が variations change し た ま ま yuan に 戻 ら な い こ と が reason で あ る こ と が わ か っ た. こ の よ う に (1) の バ イ オ acidification iron objects の structure と の (2) the in - situ XAFS measurement に よ charge-discharge institutions を interpret す る こ と に successful し た.

项目成果

バクテリアが作るパイ状鉄酸化物のキャラクタリゼーション-第2報-

细菌产生的 pi 型氧化铁的表征 - 第 2 部分 -

• 发表时间: 2009
• 作者: 橋本英樹;浅剛裕史;草野圭弘;池田靖訓;高田潤;藤井達生;中西真;妹尾昌治
• 通讯作者: 妹尾昌治