(学際科学フロンティア研究所 先端学際基幹研究部 物質・エネルギー 助教) 山田 類 ―122―Jiuhui Han (Creative Interdisciplinary Research Division/Materials and Energy) Understanding the sodium storage mechanisms in amorphous carbon is essential to developing high-performance and low-cost hard carbon anodes for sodium-ion batteries (SIBs). We developed a structure-tunable nanoporous amorphous carbon material by low-temperature chemical dealloying,[1] based on which we quantitatively investigated the intrinsic relation between local structure of amorphous carbon and Na+ storage capacity at different electrode potentials.[2] The results lead to a new model of charge storage mechanism that comprises of three Na+ storage sites with different electrochemical kinetics. Our study provides essential insights into the reaction mechanisms of Na+ with amorphous carbon and will guide the future design of advanced carbon anodes for SIBs. References [1] J. H. Han, et al. 3D bimodal porous amorphous carbon with self-similar porosity by low-temperature sequential chemical dealloying. Chem. Mater. 33, 1013–1021 (2021). [2] J. H. Han, et al. Effect of local atomic structure on sodium ion storage in hard amorphous carbon. Nano Lett. 21, 6504–6510 (2021). Hard carbon for Na-ion batteries: A new model of charge storage 金属ガラスはその原子配列にランダム構造を有する材料であるが、昨今の研究ではその内部構造に不均質性があることが明らかとなっている。そんな中近年、このランダム構造やガラス状態の不均質性制御の研究が精力的に行われている。我々の研究グループではこれまで、1度形成された金属ガラス試料を再度過冷却液体温度域まで加熱し、そこから種々の冷却速度で冷却を行うことで様々なガラス状態を有する試料の作製に成功してきた。また、最新の研究成果では、1試料内に戦略的に冷却速度差を形成し、ガラス状態の傾斜が形成された試料の作製にも成功している。しかしながら、本熱的手法を通じたより複雑な3次元ガラス状態傾斜の形成はこれまで達成されていない。そこで本年度は、冷却時にロッド試料の対角線上に冷却速度差を形成することが可能となるようなCu製治具を新たに開発し、過冷却液体温度域から試料の1つの角を選択的に急冷することを行った。熱処理後の試料の比熱測定ならびにインデンテーション試験結果から、1試料内に3次元的にガラス状態傾斜が形成されていることを示唆する結果が得られた。また、ガラス状態傾斜を形成する際に関わる因子についても検討を行った。その結果、試料自身の熱伝導性が冷却時の試料内の温度分布形成さらにはガラス状態傾斜に大きな影響を及ぼしている可能性があることを明らかにした。金属ガラスの3次元緩和状態傾斜の形成
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