マ ネタイトの二次電池特性と電気化学磁石の開発
－ リーン 磁気スイッチン 材料の開発 期待－
名古屋大学大学院理学研究科 物質科学国際研究センター 山田哲也博士研究員 吉 川浩史助教 阿波賀邦夫教授 研究チーム あいちシン ロトロン光センター 利用し マ ネタイト 極活物質とす リチウム電池の充放電過程 詳細 解明 す とと 電池 応 伴うマ ネタイトの大 磁性変化 発見し した
マ ネタイト 磁鉄鉱 Fe3O4 最古の磁石とし 知 今日 HDD 磁気記 録媒体とし 身の回 用い 一方 鉄イオンの酸化還元 応 利用した二次電池 の 極活物質 の応用 試 い す し し その電池 電気化学 応
詳細 検討さ い せ した
今回の研究 その 応機構 解明す た 特殊 電池セ 用い Fe3O4
極活物質とす リチウム電池 作製し あいちシン ロトロン光センター X線吸 分 光法 用い 電池 応中のFe3O4の鉄イオンの価数変化 調 こと 成功し した
その結果 4.2 V 0.1 V 放電す こと Fe3O4 還元さ 最終的 Feナ 粒子 こと 突 した さ この実験 1.3 V 以上の電圧範囲 二次電池とし 機能し 1.8 Vと1.3 Vの間 その磁化 磁石とし の強さ 最大 13 %可逆的 変化させ こと 成功し した このこと 電池 応 利用し 磁石の 強さ 室温 コントロー たこと 磁気スイッチン 現象の観測 意味し す
以上の発見 と 電磁石の う 電流 流し続け こと く 室温 電気化学的 永久磁化 誘起す こと 電磁石 取っ 代わ 電力消費量の少 い リ ーン 電気化学磁石 の開発 期待さ す
本 研 究 あ い ち シ ン ロ ト ロ ン 光 セ ン タ ー 利 用 し JST 戦 略 的 創 造 推 進 業 (CREST)の一環とし 行わ した 本成果 2014年4月25日 英国王立化学会 発 行す Journal of Materials Chemistry C 誌 掲載さ した
マ ネタイトの二次電池特性と電気化学磁石の開発
－ リーン 磁気スイッチン 材料の開発 期待－
概要
名古屋大学大学院理学研究科 物質科学国際研究センタ 山田哲也博士研究員 川 浩史助教 阿波賀邦夫教授 研究チ ム あいちシン ロ ロン光センタ 利用し
タイ 極活物質 す チウム電池 充放電過程 詳細 解明し した さ 電 池 応 伴い タ イ 磁性 大 く変化す こ 発見し し た 本 研究 果 2014年4 25日 英国王立化学会 発行す Journal of Materials Chemistry C 誌 掲載 さ した 本研究 JST 戦略的創造推進 業(CREST) 一環 し 行わ た す
イン
高性能 次電池 開発す うえ そ 電極材料 応 解明す こ 重要 す 本 研究 2013年4 利用可能 たあいちシン ロ ロン光センタ シン ロ ロン放 射光 利用す こ 次電池 極材料 し 期待さ タイ 応機構 構造 変化や鉄イオン 価数変化 観点 詳細 解明し した た こ う 電池 応 固体 電気化学 応 電極材料 電子状態 変化す こ 基 い そ 新しい 性質 引 出すこ 可能 す 々 プ タイ 磁性 着目し 電気化学 応 そ 性質 コン ロ す こ 功す 電気化学 磁気スイッチン
可能性 示し した
背景
最古 磁石 し 知 タイ 磁鉄鉱 Fe3O4 今日 HDD 磁気記録媒 体 し 身 回 用い い す 近年 Fe3O4 中 鉄イオン 酸化還元 応 利用 した 次電池 極活物質 応用 試 い す そ 電池 電気化学 応 詳 細 検討さ い せ し た た Fe3O4 磁石 あ こ こ う 電池 応 利用し 磁石 強さ 室温 コン ロ ば スイッチン 材料 応用 期待さ
す
研究 内容
今回 研究チ ム 特殊 電池セ 開発し Fe3O4 極活物質 す チウム電池 作製し あいちシン ロ ロン光センタ X線吸 分光法 用い 電池 応中 Fe3O4中
鉄イオン 価数変化 調 こ 功し した そ 結果 4.2 V 0.1 V 放電す
こ Fe3O4 還元さ 最終的 Fe 粒子 こ 突 した さ こ 実
験 1.3 V以 電圧範囲 次電池 し 機能し 1.8 V 1.3 V 間 そ 磁化 磁
石 し 強さ 最大13 %可逆的 変化させ こ 功し した こ こ 電気化学 応 磁気スイッチン 現象 観測したこ 意味し す
果 意義
本研究 電磁石 う 電流 流し続け こ く 室温 電気化学的 永久磁化 誘起す こ ば 電磁石 取 代わ 電力消費量 少 い ン 電気化学 磁石 開発 可能 あ 考え す
用語説明
タイ ：組 式Fe3O4 表さ 鉄 酸化物 一種 858 K以 磁石 し 機能す
次電池：充電可能 電池す わち蓄電池
シン ロ ロン放射光 ： 光速 近いスピ 回 電子 発す 強い光 あ 分子や原子 状 態 観察す 優 た利点 す
磁性：磁場 応す 性質
X線吸 分光：シン ロ ロン放射光施設 光源 す エ 可変 強度 強いX線 1pm -
10nm 程度 電磁波 試料 照射し 透過光 強度 測定し 元素 価数 電子状態 や
原子間 結 状態 関す 情報 得 分光法 一
電磁石：磁性材料 芯 わ コイ 巻 通電す こ 一時的 磁力 発生させ 磁石 あ 電流 磁力 失わ
電気化学 応： 電極 電位差 電極 酸化還元 応 電解液中 電解質イオン 移動 伴 電気 流 応
論文名
Solid-state electrochemical reduction process of magnetite in Li batteries: in-situ magnetic measurements toward electrochemical magnets チウム電池中 タイ 固体電気化学 応 還元プロセス 研究：電気化学磁石 応用 目指した磁性変化 そ 場観測
タイ 放電過程 け X線吸 スペ び状態変化
電気化学 応 室温磁化スイッチン
