鉄酸化細菌が作るナノアモルファス酸化鉄の構造解析とリチウムイオン充放電特性

铁氧化细菌产生的纳米非晶氧化铁的结构分析及锂离子充放电特性

基本信息

批准号：
24760550
负责人：
橋本英樹
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012-04-01 至 2013-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-24760550/
关键词：
リチウムイオン電池正極負極鉄酸化細菌

项目摘要

申請者は鉄酸化細菌Gallionella ferrugineaが自然界で作るねじれ紐状酸化鉄を“G-バイオジナス酸化鉄（G-biogenous iron oxide: G-BIOX）”と命名し機能探索を行ったところ，リチウム（Li）イオン充放電特性を示すことを発見した．これまでの申請者の研究成果により，G-BIOXの組成・微細組織・結晶構造が明らかとなった．また，最近の予備研究によって，G-BIOXをLiイオン電池の正極材料として用いたところ，現行材料を遥かに凌駕する初期充放電容量が得られることを世界で初めて発見し，鉄酸化細菌由来酸化鉄の機能性材料への可能性を示した．本研究の目的は，予備研究結果を更に発展させて（1）G-BIOXの原子レベルでの構造を明らかにすると共に，（2）G-BIOXをLiイオン電池の電極材料（正極および負極）として応用することである．（1）G-BIOXの構造解析：申請者はG-BIOXと構造の良く似た酸化鉄（Leptothrix ochraceaが作ったBIOX，L-BIOX）の高エネルギーX線回折を行っている．本年度は，G-BIOXの構造を明らかにするための第一段階として，既に得られているL-BIOXのデータを元に逆モンテカルロ法を用いて原子配列を明らかにした．その結果，L-BIOXは酸化鉄のネットワーク中に酸化シリコンが孤立して存在する興味深い構造を有することを明らかとした．（2）G-BIOXをLiイオン電池の電極材料としての応用：平成24年度では正極としての特性を検討した．具体的にはG-BIOXを活物質として電極を作製し，Liを対極としたハーフセルで4.0–1.5 Vの電圧範囲で充放電特性を評価した．その結果，G-BIOX電極はこれまでに報告されている酸化鉄系材料よりも優れた特性（容量，サイクル特性，レート特性）を示すことを見出した．

申请人将自然界中由铁氧化细菌Gallionella ferruginea产生的扭绳状氧化铁命名为“G-生物源氧化铁（G-BIOX）”，并寻找其功能，发现锂（Li），发现它表现出离子充放电特性。申请人迄今为止的研究成果已经揭示了G-BIOX的组成、微观结构和晶体结构。此外，通过近期的前期研究，我们在全球首次发现，当G-BIOX作为锂离子电池正极材料时，可以实现远超现有材料的首次充放电容量。这证明了铁作为功能材料的潜力。本研究的目的是通过（1）在原子水平上阐明G-BIOX的结构，以及（2）使用G-BIOX作为Li-的电极材料（正极和负极）来进一步发展初步研究成果。离子电池应作为a使用。 (1)G-BIOX的结构分析：申请人正在对氧化铁(BIOX，L-BIOX，Leptothrix ochracea产生)进行高能X射线衍射，其结构与G-BIOX非常相似。今年，作为阐明G-BIOX结构的第一步，我们在已经获得的L-BIOX数据的基础上，利用反蒙特卡罗方法阐明了原子排列。结果表明，L-BIOX 具有一种有趣的结构，其中氧化硅孤立地存在于氧化铁网络中。 (2) G-BIOX作为锂离子电池电极材料的应用：2012财年，我们研究了其作为正极的性能。具体来说，我们使用G-BIOX作为活性材料制作了电极，并在4.0-1.5 V的电压范围内评估了以Li作为对电极的半电池的充电/放电特性。结果，我们发现G-BIOX电极表现出比迄今为止报道的氧化铁基材料更优异的特性（容量、循环特性、倍率特性）。

项目成果

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专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Acidic Amorphous Silica Prepared from Iron Oxide of Bacterial Origin

由细菌来源的氧化铁制备的酸性无定形二氧化硅

DOI：
10.1021/am302837p
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
9.5
作者：
H. Hashimoto; A. Itadani; T. Kudoh; Y. Kuroda; M. Seno; Y. Kusano; Y. Ikeda; M. Nakanishi; T. Fujii;J. Takada
通讯作者：
J. Takada

Amorphous structure of iron oxide of bacterial origin

细菌来源的氧化铁的无定形结构

DOI：
10.1016/j.matchemphys.2012.10.002
发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
4.6
作者：
H. Hashimoto; T. Fujii; S. Kohara; H. Asaoka; Y. Kusano; Y. Ikeda; M. Nakanishi; Y. Benino; T. Nanba; J. Takada
通讯作者：
J. Takada

Preparation, microstructure, and color tone of microtubule material composed of hematite/amorphous-silicate nanocomposite from iron oxide of bacterial origin.

由细菌来源的氧化铁制成的赤铁矿/非晶硅酸盐纳米复合材料的微管材料的制备、微观结构和色调。