高性能光蓄電池の構築を目指したスピネル型酸化物正極の光電気化学挙動の解明

阐明用于构建高性能光伏电池的尖晶石型氧化物阴极的光电化学行为

基本信息

批准号：
22K14499
负责人：
下川航平
金额：
$ 3万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，光による電子励起を利用して充電反応を駆動する蓄電池（以後，光蓄電池）の構築に向けた基礎研究として，スピネル型酸化物正極の光電気化学挙動を調査することを主な目的としている．具体的には，スピネル型酸化物正極材料として一般的なLiMn2O4を用いた際の光電気化学特性を評価した後に，LiMn2O4を基軸として組成を変更した材料にも研究を展開することで，俯瞰的な理解を得ることを目指している．本年度の実績として，LiMn2O4とTiO2（光触媒）の粉末を混合した電極に対して，電子アクセプタを含む水系濃厚電解液中で紫外・可視光を照射することにより，LiMn2O4からのLi脱離（正極材料の充電反応）が進行することを実証し，さらにその詳細をＸ線構造解析や組成分析により明らかにした．本成果は，電子アクセプタを用いた半電池の設計であるものの，LiMn2O4などの所謂４Ｖ級の正極材料の安定的な光充電を初めて実証した研究として重要である．LiMn2O4が高電位の光蓄電池用正極材料として有望であることを示すことに成功したが，Li脱離後の構造の不安定性から光充電/放電時の可逆性に課題があったため，LiMn2O4の安定性を向上するための材料設計を行った．その結果，Mnの一部を異種元素で置換することにより，光照射下での不均化反応を抑制できることを明らかにした．これは，従来のリチウムイオン電池における正極材料設計の知見を活かしながら，高性能光蓄電池の実現に向けた設計指針を示す点で，意義深い進展である．現在は，異種元素置換を施した種々の材料の光充電特性を系統的に調査し，俯瞰的な理解を通じた新たな材料設計の学術基盤構築を目指して研究を推進している．

这项研究旨在调查尖晶石型氧化物阳性电极作为一项基础研究的光电化学行为，旨在构建储存电池（以下称为光存储电池），这些电池使用光引起的电子激发来驱动充电反应。具体而言，在使用Limn2O4（一种典型的氧化物氧化物阳性电极材料）时，我们旨在通过基于LIMN2O4进行改良成分的材料进行研究，在评估光电化学特性后，我们的目标是获得鸟眼的理解。由于今年的结果，我们证明了LIMN2O4（正极材料的反应）从LIMN2O4（阳性电极材料的可充电反应）通过照射与Limn2O4和TiO2（Photocatalyst）混合的电极与紫外线分析和分析的分析和可见光分析，并进一步分析了一个分析，并进一步分析了一个分析，并进一步分析了一个分析。尽管该结果是使用电子受体的半细胞设计，但它作为一个研究项目很重要，该研究项目表明了所谓的4V类阴极材料（例如Limn2O4）的光学充电稳定。尽管LIMN2O4成功地表明，由于LI解吸后结构的不稳定性，它可以作为具有较高潜力的光储物电池的正极材料，但在轻充电/放电过程中存在可逆性问题，因此我们设计了材料来提高Limn2O4的稳定性。结果，可以通过用不同的元素代替MN的一部分来抑制光照射下的占比例反应。这是一个有意义的发展，因为在利用传统锂离子电池中阴极材料的设计知识的同时，它为实现高性能轻型储物电池提供了设计指南。目前，我们正在系统地研究各种材料的光充电性能，这些材料已被异构元素取代，并正在促进研究，以通过鸟眼的理解来建立新材料设计的学术基础。