成果報告書詳細
管理番号20110000000671
タイトル*平成22年度中間年報 次世代自動車用高性能蓄電システム技術開発 次世代技術開発 カーボンフェルト電極マイクロ波放電を利用したマグネシウム二次電池正極活物質の研究開発
公開日2012/6/27
報告書年度2010 - 2010
委託先名埼玉県産業技術総合センター
プロジェクト番号P07001
部署名スマートコミュニティ部
和文要約1. 研究開発の内容及び成果等
本研究は、カーボンフェルト電極マイクロ波放電により特徴的に合成される硫黄ドープ金属酸化物により、Mg 電池の課題(固体中でのMg イオンの拡散が遅く、吸蔵放出により正極の構造が崩れやすい)解決を目指した。
(1)活物質の合成
21年度は硫黄(S)をドープした五酸化バナジウム(S-V2O5)を合成し、その容量は200mAhg-1であった。さらに容量およびサイクル特性を向上するには、ドープしたSの脱離を抑制する必要がある。このためには、V2O5のアモルファス化を進行することが効果的であることが判明した。そこで、本年度は、以下の方法によりアモルファス化の進行を検討した。
1)マイクロ波照射時間の増大
マイクロ波照射時間を増大すると、アモルファス化が進行すると考えられる。しかしながら、熱が上がると、2V2O5+S→4VO2+SO2 の反応が生じる。このため、水の量を増大した。ただし、V2O5が水に溶解してしまうと、Sと分離してしまう。これらのことから、水はV2O5が溶解しない範囲の所定の量とし、マイクロ波照射時間は2分間とした。
2)酸化ホウ素の添加
共融物質の添加がアモルファス化の促進に効果的であると考えられる。酸化リンや酸化ホウ素(B2O3)は、バナジウムガラスの添加剤である。そのなかで、マイクロ波吸収性が高いことから、酸化ホウ素を添加した。S-V2O5とB2O3を混合し、H2O添加した後、カーボンフェルト(CF)に挟み、減圧した。ここにマイクロ波を照射して発生する水プラズマ(CF-MWP)を用いて、SドープアモルファスV2O5を合成した(S-V2O5 /B2O3)。
英文要約Development of High-performance Battery System for Next-generation Vehicles / Next-generation technology development / Development of Cathode Active Material for Rechargeable Magnesium Battery using Microwave Discharge between Carbon Felt Pieces

This research aimed to develop the cathode active materials with Mg-ion inserted and extracted using Sulfur-doped metal oxide. The preparation of Sulfur-doped vanadium pentoxide (S-V2O5)from sulfur and vanadium pentoxide mixture was performed by low-temperature plasma generated using carbon felt and 2.45-GHz microwave (CF-MWP). And, boric oxide was added to sulfur and vanadium pentoxide as needed (S-V2O5/B2O3). The structure of S-V2O5 and S-V2O5/B2O3 were investigated by XRD, XPS, Raman spectroscopy and DRS-FTIR. As the result, it was revealed that the surfaces of S-V2O5 and S-V2O5/B2O3 particles are containing sulfur and vanadium atoms, and the structures are amorphous, though the bulk preserved the same structure as vanadium pentoxide crystal. The amorphous was considered to be like xerogel given that the amorphous was prepared by water plasma, the active species of which were H, OH and H2O plasma and H2O2. Charge-discharge tests for the mixture of Sulfur and vanadium pentoxide showed the excellently large specific capacity of 300 mAh/g that is far larger than that of vanadium pentoxide (160 mAh/g). However, The capacity decreased with increasing cycle number in the first several discharge/charge cycles. The result might be caused by sulfur desorption. Cycle performances of S-V2O5 (300 mAh/g after 10 cycles) were more stable than the mixture. The result was indicated that amorphous V2O5 prepared by CF-MWP inhibited sulfur desorption, however, amorphous vanadium pentoxide was easy to solvate in the electrolyte and desorbed from the electrode. Cycle performances of S-V2O5/B2O3 (300 mAh/g after 20 cycles) were more stable than S-V2O5. The result was indicated that secondary particlization by the addition of boric oxide inhibited desorption of S-V2O5-particles from the electrode. The most suitable ratio of boric oxide was 1-10mol %. Cycle performances were not stable at the ratio less than 1 mol %. Specific capacity decreased with increasing the ratio at the ratio more than 10 mol%. These results indicated that boric oxide function as the binder, did not act as the electrochemical active material.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る