金属ナノファイバー構造化による金属ナノテキスタイルの創製

通过构造金属纳米纤维创建金属纳米织物

基本信息

批准号：
11J02449
负责人：
河盛誠
金额：
$ 0.83万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

金属ナノテキスタイルは、金属ナノ粒子と同様に高い比表面積を有する三次元構造体であり、担体に固着することなく使用できるため、高導電性ナノ粒子担体や、蓄電池用活物質の集電体など、金属ナノ粒子では実現できなかった、新たな用途への展開が期待できる。本研究では、金属ナノワイヤ構造化による金属ナノテキスタイル創製のための基礎研究を行う。・磁場中液相還元法によるNiナノワイヤ不織布の創製混成電位測定による浴の還元力評価、および水晶振動子マイクロバランス電極による金属析出速度評価により、金属ナノ粒子・ナノワイヤ形成プロセスのモニタリングを試みた。その結果、pHおよび錯化剤添加による金属析出速度制御や、核形成剤添加による核形成頻度の制御を行うことで、高アスペクト比を有するNiナノワイヤが三次元的に絡まりあったNiナノワイヤ不織布の創製に成功した。・金属ナノワイヤ不織布の蓄電池電極材料への応用高容量、高サイクル特性、高レート特性を有するリチウムイオン蓄電池高性能化に向けた、新たな電極設計である「統合型電極」を提案した。統合型電極は、nmオーダーの厚みで活物質が被覆された金属ナノワイヤが三次元的に絡まりあった不織布構造を有している。すなわち、金属ナノワイヤ自体が大きな比表面積を持った集電体の役割を示し、リチウムを取り込む物質で表面被覆することで、反応のための大きな表面積を保持している。これにより、体積膨張/収縮に伴う歪の十分な緩和能力を持つ三次元ネットワーク構造を作製することができ、バインダーおよび導電助剤を用いることなく、Li挿入脱離に伴う体積変化に適した空隙および十分な電子/イオン供給パスを構築し、高容量、高サイクル特性および高レート特性を実現できると考えられる。これを実証するため、NiO被覆Niナノワイヤ不織布を作製し電池試験を行ったところ、従来の合剤電極と比べ、優れたサイクル特性を示すことが見出された。

金属纳米鞋子是具有高比表面积的三维结构，类似于金属纳米颗粒，并且可以不连接到载体上，因此可以预期将无法通过金属纳米颗粒来实现的新应用，例如，使用高电导的纳米载体和现有材料用于储存材料的高导电材料。这项研究将进行基础研究，以使用金属纳米线结构来创建金属纳米鞋。 - 通过磁场中的液相减少，我们试图通过测量杂种电位并使用石英晶体微量平衡电极评估金属沉积速率来评估浴缸的还原能力，从而通过磁场中的液相减少来创建Ni纳米织物织物。结果，通过通过添加pH和络合剂来控制金属沉淀速率，并通过添加成核剂来控制成核频率，我们成功地创建了一种Ni纳米线非织造织物，其中具有高纵横比的Ni纳米线在三个维度中纠缠在三个维度上。 - 将金属纳米线非织造织物应用于储物电池电极材料，我们提出了一种新的电极设计“集成电极”，旨在改善具有高容量，高周期特性和高速率特性的锂离子储存电池。集成的电极具有非织造织物结构，其中金属纳米线涂有NM阶厚度的活性材料的金属纳米线在三个维度上纠缠不清。也就是说，金属纳米线本身显示出具有较大特定表面区域的当前收集器的作用，并且通过与含锂的材料进行表面涂层，它们保留了较大的反应表面积。这使得创建一个三维网络结构，具有足够的能力，能够由于体积膨胀/收缩而放松应变，并创建空隙和足够的电子/离子供应路径，适用于不使用绑定器和导电辅助工具而导致的体积变化，并实现高能力，高周期特征和高速率特征和高速率特征。为了证明这一点，制造并测试了电池的Nio涂覆的Ni NaNowire非织造织物，并且发现与常规组合电极相比，它具有出色的循环特性。