逆バイアス効果が切り拓く蓄エネルギーセラミックスのフロンティア

反向偏压效应开辟储能陶瓷前沿

• 批准号: 22K18308
• 负责人: 保科 拓也
• 金额: $ 16.64万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18308/
• 关键词: 蓄エネルギー; 誘電体; 非線形材料; セラミックス; カーボンニュートラル

近年の急激な加速を続けるエネルギー需要に応えるために蓄エネルギー材料の性能革新が必要不可欠である。その中でも特に蓄エネルギーセラミックスは、高温・高電圧下において電気化学キャパシタや種々の電池と比較して圧倒的に優れた安全性と信頼性を有する材料として強く期待されている。本研究では酸素四面体を主要な構成要素とするABO3+nMO2系化合物に着目し、電場印加に伴って誘電率が増加するユニークな非線形誘電応答（逆バイアス効果）を示す新規物質系を開拓する。申請者らが近年発見したABO3+nMO2系化合物における反強/フェリ誘電性のメカニズムの解明に取り組み、それによって得られる知見に基づいて、従来の蓄エネルギーセラミックスを凌駕する高蓄エネルギー密度と急速充放電性を共に備えた革新的な新材料を創製する。該当年度は、新たなABO3+nMO2系化合物の探索に取り組み、主に以下の成果を得た。①CaTiSiO5に関して分極－電界特性の二重履歴（ダブルヒステリシス）を初めて観測し、同物質が反強誘電体であることを実証した。②SrTiGeO5が優れた逆バイアス効果を示す新しい反強誘電体であることを見出した（低電界下での比誘電率は35程度であるが、200kV/cmにおいて100程度の比誘電率を示すことがわかった）。③KNbSi2O7単結晶の作製方法を確立した。④KNbSi2O7のKサイト、Nbサイト、Siサイトを他の元素で置換することにより、残留分極値を5～40μC/cm2の範囲で制御できることが明らかになった。加えて、ある種の元素を置換すると、フェリ誘電的な分極履歴が得られた。また、結晶構造解析、第一原理計算、分光測定などを相補的に駆使し、ABO3+nMO2系化合物が示すユニークな逆バイアス特性の起源の解明に向けた研究を実施している。

In recent years, there has been a rapid increase in the need for performance innovation in materials that is necessary. In the middle and lower temperature, the electrical and chemical properties of the battery are much higher than those of the battery, and the safety and reliability of the battery is higher than that of the battery at high temperature and high temperature. In this study, the main constituent elements of tetrahedral acid compounds, such as ABO3+nMO2 compounds, the electronic field India and Canada, and the electrical and mechanical properties of the tetrahedron tetrahedron in this study, the results show that the new specification is an extension of the system. In recent years, applicants have heard that ABO3+nMO2 compounds have been used to improve the performance of electrical devices, and that they have been informed that they need to be informed that they are responsible for the rapid charging and discharge of new materials with high storage density. In the current year, the new ABO3+nMO2 series compounds have been explored and selected, and the following results have been obtained. 1CaTiSiO5 is very important in the field of electrical and electronic characteristics. It is necessary to perform dual performance in the first place and in the same industry. The results of the 2SrTiGeO5 reverse test show that the electrical equipment in the low-power industry is 35% higher than that in the low-power industry, and that of 200kV/cm is higher than 100% in the low power industry. The 3KNbSi2O7 test results show that the method is correct. The elements of 4KNbSi2O7, K, Nb, and Si are in the range of 5 ~ 40 μ C

项目成果

KNb(GexSi1-x)2O7単結晶の構造解析と誘電特性評価

KNb(GexSi1-x)2O7单晶的结构分析及介电性能评价

• 发表时间: 2023
• 作者: 菅幸生，安原颯，鶴見敬章，保科拓也

Elucidation of Dielectric Polarization Mechanism Using THz Spectroscopy

使用太赫兹光谱阐明介电极化机制

• 发表时间: 2022
• 作者: ファン トン;常盤 輝;掛須 雅子;三浦 章;忠永 清治;H. Furuse;R. Ishikawa S. Morishita T. Tanigaki N. Shibata Y. Ikuhara;Takuya Hoshina
• 通讯作者: Takuya Hoshina

チタン石型酸化物CaTi(Si1-xGex)O5の放射光X線単結晶構造解析

钛矿型氧化物CaTi(Si1-xGex)O5的同步辐射X射线单晶结构分析

• 发表时间: 2023
• 作者: 中埜彰俊;佐藤大貴;寺崎一郎;谷口博基
• 通讯作者: 谷口博基

Ferroelectric Properties of AgxK1-xNbSi2O7 Single Crystals

AgxK1-xNbSi2O7 单晶的铁电性能

• 发表时间: 2022
• 作者: Takuya Hoshina;Yukio Suga;Sou Yasuhara;Takaaki Tsurumi
• 通讯作者: Takaaki Tsurumi

チタン石型酸化物CaTi(Si1-xGex)O5の分極特性

钛矿型氧化物CaTi(Si1-xGex)O5的极化特性

• 发表时间: 2023
• 作者: 渡邉匠海;桑野太郎;中埜彰俊;横田紘子;佐藤幸生;出口和彦;谷口博基
• 通讯作者: 谷口博基