リチウムイオン電池負極材としての細菌由来鉄酸化物の機能特性に関する第一原理的研究

细菌源氧化铁作为锂离子电池负极材料功能特性的第一性原理研究

• 批准号: 16J05234
• 负责人: 三澤 賢明
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Kumamoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J05234/
• 关键词: 第一原理分子動力学シミュレーション; 表面界面化学反応; 金属酸化物; 反応ダイナミクス; リチウムイオン電池; 負極活物質; アモルファス

本年度は（１）遷移金属酸化物表面における分子の吸着反応の第一原理分子動力学シミュレーション（２）ケイ素のドープによって解離反応における負荷が緩和されるメカニズムの調査　に着手した。（１）遷移金属酸化物表面における表面科学反応を詳しく調査する目的で、三酸化モリブデン表面における硫黄分子の反応性と表面酸素欠陥の影響に関する第一原理分子動力学シミュレーションを行った。その結果、分子の反応性を高めるためには、金属酸化物表面における欠陥の存在が必要不可欠であることを、反応経路に沿った自由エネルギー変化の観点から明らかにした。さらに、二硫黄を用いた場合は欠陥サイトにおいて安定な吸着状態が得られたのに対し、八硫黄は欠陥の有無によらず金属元素との結合性が現れないことがわかった。本シミュレーションにより得られた反応特性は、遷移金属元素における局在化したd軌道およびスピン偏極などの条件設定によらず不変であり、先行研究とも矛盾しない結果を与える。（２）ケイ素のドープによって解離反応における負荷が緩和されるメカニズムを調査するため、Population解析の手法に基づき、ある原子間にはたらく共有結合性の強さの指標となるBond overlap population（BOP）を解析した。吸着状態におけるBOPを調べた結果、ケイ素をドープした酸化鉄においては不純物のない酸化鉄に比べてリチウム-酸素原子間の共有結合性が弱くなっていることが明らかになった。それに対し、ケイ素-酸素原子間のBOPは鉄-酸素、リチウム-酸素間のものに比べて明確に高い値を示していた。これらの結果から、不純物としてドープされたケイ素が電極中の酸素と共有結合性の高い強固な化学結合を作ることにより、電極の構造的安定性を向上させるとともにリチウムイオンの吸着強度を弱め、より可逆的な表面吸着・解離反応を実現していることが明らかになった。

This year, we started to investigate (1) first-principles molecular dynamics of adsorption reaction of molecules on the surface of migrating metal acids (2) load reduction of adsorption reaction of molecules on the surface of migrating metal acids. (1) The surface science reaction on the surface of migrating metal acids is investigated in detail for the purpose of first principles molecular dynamics on the reaction of sulfur molecules and the influence of surface acids on the surface of migrating metal acids. As a result, the molecular reactivity is high, and the existence of metal acids is necessary. In the case of sulfur and sulfur, the stability of the adsorption state is obtained. In the case of sulfur and sulfur, the existence of metal elements is obtained. This paper presents the results of the preliminary study on the anti-polarization characteristics of the metal elements and the conditions for the polarization of the metal elements (2) Analysis of Bond overlap population (BOP) The adsorption state of the BOP is adjusted to the result that the acidity of the iron is weaker than that of the impurities. The ratio between iron and acid atoms is higher than that between iron and acid atoms. As a result, impurities in the electrode have a high degree of chemical bonding, and the structural stability of the electrode is improved. The adsorption strength of the electrode is weak, and the reversible surface adsorption reaction is realized.

项目成果

First-principles study on the polyamorphism in silica

二氧化硅多晶现象的第一性原理研究

• 发表时间: 2017
• 作者: 三澤賢明;Subodh C. Tiwari;下條冬樹;Rajiv K. Kalia;Aiichiro Nakano;Priya Vashishta;金祖 しん;金祖 しん;Masaaki Misawa
• 通讯作者: Masaaki Misawa

MoO3表面における硫黄分子の反応性と表面欠陥の影響に関する第一原理的研究

硫分子反应活性及表面缺陷对MoO3表面影响的第一性原理研究

• 发表时间: 2017
• 作者: 三澤賢明;Subodh C. Tiwari;下條冬樹;Rajiv K. Kalia;Aiichiro Nakano;Priya Vashishta
• 通讯作者: Priya Vashishta

アモルファス鉄酸化物表面におけるLiイオンの吸着・解離反応の第一原理分子動力学シミュレーション

非晶氧化铁表面锂离子吸附和解离反应的第一性原理分子动力学模拟

• 发表时间: 2016
• 作者: 三澤賢明;下條冬樹;Rajiv K. Kalia;Aiichiro Nakano;Priya Vashishta
• 通讯作者: Priya Vashishta

First-principles study on the lithiation/delithiation reactions of Si-doped iron oxide nanoparticles

硅掺杂氧化铁纳米颗粒的锂化/脱锂反应的第一性原理研究

• 发表时间: 2018
• 作者: Kanomata K.;Tatebayashi N.;Habaki X.;Kitaoka T.;Masaaki Misawa
• 通讯作者: Masaaki Misawa

MgSiO3高圧相における引張応力誘起アモルファス化の第一原理的研究

MgSiO3高压相拉应力诱导非晶化的第一性原理研究

• 发表时间: 2017
• 作者: 三澤賢明;Subodh C. Tiwari;下條冬樹;Rajiv K. Kalia;Aiichiro Nakano;Priya Vashishta;金祖 しん;金祖 しん;Masaaki Misawa;Masaaki Misawa;Xin HABAKI;三澤賢明
• 通讯作者: 三澤賢明