Construction of rechargeable aluminum battery by conversion reaction that enables innovative high power density

• Project/Area Number: 16K21288
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Energy-related chemistry; Inorganic industrial materials
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: Chiku Masanobu 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20582399)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2019: ¥130,000 (Direct Cost: ¥100,000、Indirect Cost: ¥30,000); Fiscal Year 2018: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2017: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2016: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: アルミニウム二次電池 / コンバージョン型正極 / 塩化銅 / 酸化鉄 / フッ化銅 / 二次電池 / 多価カチオン二次電池

Outline of Final Research Achievements

We tried to construct an aluminum secondary battery with high power density to replace the lithium ion secondary battery. Instead of the insertion type positive electrode material reported so far, a conversion type reaction was used for the positive electrode reaction. Various transition metal halides were investigated and found that copper chloride and copper fluoride functioned as positive electrode materials. We constructed an aluminum secondary battery using these positive electrodes and succeeded for improvement in output density and energy density at the same time.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

二次電池は様々な携帯型電子機器だけではなく、二酸化炭素の排出抑制に効果的な電気自動車の重要な部品である。二次電池のエネルギー密度と出力密度の向上は電気自動車の航続距離の増加や出力の増加に不可欠である。さらに本研究で用いたアルミニウム二次電池は地球上で限られた量しか埋蔵されていないリチウムと比較して多量に存在するアルミニウムを用いており、資源の限られた日本において産業として二次電池を生産するために重要な発見であるといえる。

Research Products

• [Journal Article] Copper Chloride as a Conversion-Type Positive Electrode for the Rechargeable Aluminum Battery (2019)
  • Author(s): Masanobu Chiku, Takeshi Kunisawa, Eiji Higuchi, Hiroshi Inoue
  • Journal Title: RSC Advances Volume: 9 Issue: 71 Pages: 41475-41480
  • DOI: 10.1039/c9ra09158k
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Aluminum bis(trifluoromethanesulfonyl)imide as a Chloride-free Electrolyte for Rechargeable Aluminum Batteries (2017)
  • Author(s): Masanobu Chiku, Shota Matsumura, Hiroki Takeda, Eiji Higuchi, Hiroshi Inoue
  • Journal Title: Journal of the Electrochemical Society Volume: 164 Issue: 9 Pages: A1841-A1844
  • DOI: 10.1149/2.0701709jes
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 酸化鉄/還元型酸化グラフェンを正極に用いたアルミニウム二次電池の特性評価 (2020)
  • Author(s): 藤澤友稀，樋口栄次，知久昌信，井上博史
  • Organizer: 電気化学会第87回大会
• [Presentation] アルミニウム二次電池用正極材料としての酸化タングステンの合成および電気化学特性 (2019)
  • Author(s): 山谷将大，樋口栄次，知久昌信，井上博史
  • Organizer: 2019年度電気化学会関西支部第3回関西電気化学研究会
• [Presentation] 三宅拓実，樋口栄次，知久昌信，井上博史 (2019)
  • Author(s): ジメチルスルホンを用いた電解液における金属アルミニウムの析出形態と溶解の過電圧との関係性
  • Organizer: 電気化学会第86回大会
• [Presentation] Al(TFSI)3を用いたアルミニウム二次電池用電解液の水分による特性変化 (2018)
  • Author(s): 島本尚輝，樋口栄次，知久昌信，井上博史
  • Organizer: 2018年度電気化学会関西支部第3回関西電気化学研究会
• [Presentation] アモルファス酸化モリブデンを正極に用いたアルミニウム二次電池の作製と評価 (2017)
  • Author(s): 田 一涵，樋口栄次，知久昌信，井上博史
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会
  • Place of Presentation: 横浜，慶応義塾大学日吉キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] 酸化鉄(Ⅲ)を用いたアルミニウム二次電池用正極材料の開発 (2017)
  • Author(s): 長尾洋志，樋口栄次，知久昌信，井上博史
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] アルミニウム二次電池用アモルファス二酸化マンガン正極の作製と評価 (2017)
  • Author(s): 田 一涵，樋口栄次，知久昌信，井上博史
  • Organizer: 電気化学会第85回大会
• [Presentation] Fe2O3を正極活物質として用いたアルミニウム二次電池の作製 (2017)
  • Author(s): 長尾洋志，樋口栄次，知久昌信，井上博史
  • Organizer: 2017年度電気化学会関西支部第3回関西電気化学研究会
• [Presentation] アルミニウム二次電池正極材料アモルファス二酸化マンガンの合成と電気化学的特性 (2017)
  • Author(s): 田 一涵，樋口栄次，知久昌信，井上博史
  • Organizer: 2017年度電気化学会関西支部第3回関西電気化学研究会
• [Presentation] Al(TFSI)3を用いたアルミニウム二次電池用電解液の特性と添加物の検討 (2017)
  • Author(s): 知久昌信，島本尚輝，樋口栄次，井上博史
  • Organizer: 第58回電池討論会
• [Presentation] Amorphous Molybdenum Trioxide Positive Materials for Rechargeable Aluminum Batteries (2017)
  • Author(s): Yihan Tian, Eiji Higuchi, Masanobu Chiku, Hiroshi Inoue
  • Organizer: Joint Symposium of Asia Five Universities
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Fabrication of Amorphous Molybdenum Trioxide Positive Electrodes and Their Application for Rechargeable Aluminum Batteries (2017)
  • Author(s): Yihan Tian, Eiji Higuchi, Masanobu Chiku, Hiroshi Inoue
  • Organizer: The 9th Asian Conference on Electrochemical Power Sources 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 可逆な負極反応と広い電位窓を実現するアルミニウム二次電池用電解液の開発 (2016)
  • Author(s): 知久昌信，松村祥太，樋口栄次，井上博史
  • Organizer: 第57回電池討論会
  • Place of Presentation: 千葉，幕張メッセ 国際会議場
  • Year and Date: 2016-11-29
• [Presentation] 10 V以上の電位窓を有するアルミニウム二次電池用新規電解液の開発 (2016)
  • Author(s): 松村祥太，樋口栄次，知久昌信，井上博史
  • Organizer: 第6回CSJ化学フェスタ
  • Place of Presentation: 東京，タワーホール船堀
  • Year and Date: 2016-11-14
• [Presentation] Development of Novel Electrolyte for Rechargeable Aluminum Battery with a Wide Potential Window (2016)
  • Author(s): Shota Matsumura, Eiji Higuchi, Masanobu Chiku, Hiroshi Inoue
  • Organizer: PRiME 2016
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii
  • Year and Date: 2016-10-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] アモルファス二酸化マンガンを用いたアルミニウム二次電池用正極の作製と評価 (2016)
  • Author(s): 田一涵，樋口栄次，知久昌信，井上博史
  • Organizer: 第5回JACI/GSCシンポジウム
  • Place of Presentation: ANAクラウンプラザホテル神戸
  • Year and Date: 2016-06-02
• [Presentation] 10 V以上の電位窓を持つアルミニウム二次電池用新規電解液の開発 (2016)
  • Author(s): 松村祥太，樋口栄次，知久昌信，井上博史
  • Organizer: 2016年 第3回関西電気化学研究会
  • Place of Presentation: 堺，大阪府立大学