Electric double layer in nanospace: Integration of statistic analyses of experimental and simulation data

纳米空间中的双电层：实验数据和模拟数据统计分析的整合

基本信息

批准号：
21H04697
负责人：
大久保將史
金额：
$ 27.21万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は、電気二重層キャパシタの高エネルギー密度化を目指し、静電容量を増大させる新しい指針として「インターカレーション静電容量」を提案するものである。具体的にはMXene（マキシン）と総称される層状化合物を研究対象とする。MXeneは、層間ナノ空間に挿入されたイオンが電気二重層を形成し、インターカレーション静電容量を与える。これまでの応募者の研究で、層間ナノ空間に共挿入された電解液の溶媒分子が外部電場を過剰遮蔽し、静電容量を大幅に増大することが明らかとなっていた。2022年度においては、MXeneの電子状態・構造状態、表面官能基、電解液溶媒分子の性質、イオン種、濃度、などのインターカレーション静電容量を支配すると考えられる因子の膨大な数に及ぶ組み合わせに対して、2021年度に成功していた溶融塩を用いて表面官能基を完全に制御MXeneの電極特性を精密に解析した。その結果、通常の-F/-Cl/-O/-OHなどの複数の表面官能基を含むMXeneが優れた電極活性を示すのに対して、-Clのみ、-Brのみが表面官能基として修飾しているMXeneは全くイオンインターカレーション反応容量を示さないことが分かった。そのメカニズムは不明であるが、充電後にMXeneがアモルファス化していることが確認され、特定の官能基が電極活性を発現するために不可欠であることが分かった（K. Kawai, et al., 2D Mater. 2023, 10, 014012）。また、MXeneのデータベースを構築するための準備として、JSON形式でLiFePO4の電極特性をデータベース化する方法論を模索し、ツリー型にすることで効率的なデータ可視化が可能となった。

这项研究旨在增加电层电容器的能量密度，并提出“互插电容”，以作为增加电容的新指南。具体而言，研究对象是分层化合物，统称为Mxene（Maxine）。在MXENE中，插入层间纳米空间的离子形成了双层层，提供了插量电容。申请人先前的研究表明，在层间纳米传输中共插入的电解质中的溶剂分子过屏屏蔽外部电场，从而大大增加了电容。在2022财年中，我们仔细地分析了MXENE的电极性能，该特性完全控制了表面官能团，这些因素被认为控制了相互作用电容的大量因素，例如MXENE的电子和结构状态，表面官能团的电子和结构状态，电解质分子的特性，电解质分子，离子种类，浓度，浓度，浓度，浓度和其他因素。结果，发现含有多个表面官能团（例如-f/-cl/-o/-oH）的MXENE表现出出色的电极活性，MXENE，而仅将-cl和-br修饰为表面官能团，但并未表现出任何离子互插反应能力。尽管其机制尚不清楚，但已证实MXENE充电后是无定形的，发现某些官能团对于电极活性的表达至关重要（K. Kawai等，2d Mater。2023，10，014012）。此外，为了准备构建MXENE数据库，我们探索了一种方法来数据库以JSON格式的LifePo4的电极特性，并且通过使其成为树型，有效的数据可视化是可能的。

项目成果

期刊论文数量（19）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Square-Scheme Electrochemistry in Battery Electrodes

DOI：
10.1021/accountsmr.1c00155
发表时间：
2021-11
期刊：
Accounts of Materials Research
影响因子：
14.6
作者：
M. Okubo;Kosuke Kawai;Zihan Ma;A. Yamada
通讯作者：
M. Okubo;Kosuke Kawai;Zihan Ma;A. Yamada

Relationship between Electric Double-Layer Structure of MXene Electrode and Its Surface Functional Groups

MXene电极的电双层结构与其表面官能团的关系

DOI：
10.1021/acs.chemmater.1c03328
发表时间：
2022
期刊：
Chemistry of Materials
影响因子：
8.6
作者：
Shimada Tatau;Takenaka Norio;Ando Yasunobu;Otani Minoru;Okubo Masashi;Yamada Atsuo
通讯作者：
Yamada Atsuo

MXene/solid electrolyte interface

MXene/固体电解质界面