高出力・高エネルギー密度二次電池の革新的電極材料開発

开发高输出、高能量密度二次电池的创新电极材料

• 批准号: 15F15903
• 负责人: 本間 格
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15F15903/
• 关键词: リチウムイオン電池; ナノ結晶; 高容量活物質; ポリアニオン化合物; 超臨界流体; 硫化モリブデン; クラスター; 水素製造; ナノシート; 電極触媒; 水素還元電極; マグネシウムイオン電池; MoS2; MgCo2O4

平成２８年度に国際共同研究として取り組んだのはモリブデン化合物の１次元クラスターポリマー材料である。硫化モリブデンクラスター(Mo3S11)nはモリブデン原子３個からなるクラスターがペンダント型に連なった１次元無機ポリマーであるがＨＡＡＤＦ－ＳＴＥＭ観察を用いて構造解析した結果、モリブデン原子３個からなるクラスターが明確に観測され、これらのクラスターが結合したポリマーがコンフォメーション変化を行っているダイナミクスも直接観察できた。この硫化モリブデンの１次元ポリマーの電極特性を調べた結果、非常に高活性な水素還元特性を有していることが判明した。白金に迫る高い電極触媒をレアメタルフリーの化合物から見出したことは低コストの燃料電池やレアメタルフリー化に貢献する革新的なエネルギー機能材料であり、国際共同研究成果は世界トップ誌に掲載された（Nature Materials, 15, 640-646 (2016)）。また、東北大の本間研ではこの研究をさらに進め、これらの１次元ポリマー材料の二次電池応用を検討した。現在、移動体電源として多価イオンを可動キャリアとする二次電池、特にマグネシウム電池に注目が集まっているが、硫化モリブデン化合物のマグネシウムイオン電池活物質としての性能を評価したところ、約80mAh/gの高い活物質容量を得ることが出来た。充放電前後の試料に対してＸＰＳ分析を行った結果、クラスター表面に存在する硫黄原子の内、末端硫黄原子のぺア(terminal sulfur)と２価のマグネシウムイオンとの可逆的なファラディック反応が生じ、大きな容量を得ることが出来たと考えている。現在、高容量なマグネシウムイオン電池の正極活物質は見つかっていない状況であり、本研究成果はハイインパクトの国際誌に掲載さ入れた。（Nano Letters, 16, 5829-5835 (2016)）

Pp.47-53 28 year に international joint research と し て in り group ん だ の は モ リ ブ デ の ン compounds 1 yuan ク ラ ス タ ー ポ リ マ ー material で あ る. Sulfide モ リ ブ デ ン ク ラ ス タ ー (Mo3S11) n は モ リ ブ デ ン atom 3 か ら な る ク ラ ス タ ー が ペ ン ダ ン ト type に even な っ た 1 dimensional inorganic ポ リ マ ー で あ る が HAADF - STEM 観 examine を with い て structure し た results, モ リ ブ デ ン atom 3 か ら な る ク ラ ス タ ー が clear に 観 measuring さ れ, こ れ ら の ク ラ ス タ ー が combining し た ポ リ マ ー が コ ン フ ォ メ ー シ ョ ン - the line を っ て い る ダ イ ナ ミ ク ス も 観 directly examine で き た. こ の sulfide モ リ ブ デ ン の 1 yuan ポ リ マ ー の electrodes feature を adjustable べ た results, very に highly active な water element there yuan characteristics を し て い る こ と が.at し た. High platinum に forced る い electrode catalyst を レ ア メ タ ル フ リ ー の compound か ら shows し た こ と は low コ ス ト の fuel cell や レ ア メ タ ル フ リ ー change に contribution す る innovative な エ ネ ル ギ ー function material で あ り, international joint research は world ト ッ プ tzu に first white jasmines load さ れ た (Nature Materials, 15, 640-646 (2016). Between ま た, northeast big の this research で は こ の research を さ ら に め, こ れ ら の 1 yuan ポ リ マ ー material の secondary battery 応 with を beg し 検 た. Now, mobile power supply と し て more 価 イ オ ン を movable キ ャ リ ア と す る secondary battery, に マ グ ネ シ ウ ム battery に attention が set ま っ て い る が, vulcanization モ リ ブ デ ン compound の マ グ ネ シ ウ ム イ オ ン battery live material と し て の を performance evaluation 価 し た と こ ろ, about 80 mah/g の high い live material capacity を る こ と が た. Before and after charge-discharge の sample に し seaborne を line っ て XPS analysis た results, ク ラ ス タ ー surface に exist す る sulfur, terminal sulfur atom in atomic の の ぺ ア (terminal Sulfur) と 2 価 の マ グ ネ シ ウ ム イ オ ン と の reversible な フ ァ ラ デ ィ ッ ク anti 応 が じ, big き を な capacity to る こ と が out た と exam え て い る. Now, high capacity な マ グ ネ シ ウ ム イ オ ン battery の see the positive living substance は つ か っ て い な い condition で あ り, this research は ハ イ イ ン パ ク ト の international volunteers に first white jasmines load さ into れ た. (Nano Letters, 16, 5829-5835 (2016))

项目成果

インペリアル・カレッジ・ロンドン(英国)

伦敦帝国理工学院（英国）

Liquid-phase exfoliated MoS2 and MoSe2 nanosheets by supercritical fluid process for Li-ion battery anode

采用超临界流体工艺制备液相剥离 MoS2 和 MoSe2 纳米片，用于锂离子电池负极

• 发表时间: 2015
• 作者: Itaru Honma;Quang Duc Truong;M. K. Devaraju;Takaaki Tomai;Quang Duc Truong and Itaru Honma
• 通讯作者: Quang Duc Truong and Itaru Honma

(Mo3S11) cluster polymer as electrode material for rechargeable magnesium battery

(Mo3S11)簇聚合物作为可充电镁电池的电极材料

• 发表时间: 2016
• 作者: 斉藤 憲司;浅野 真也;賈 慧娟;高橋 祥子;加藤 久典;Quang Duc Truong and Itaru Honma
• 通讯作者: Quang Duc Truong and Itaru Honma

ハノイ科学技術大学(ベトナム)

河内科技大学（越南）

南洋工科大学(シンガポール)

南洋理工大学（新加坡）