Control of Li-ion Desolvation at the Interface between Cathode and Liquid Electrolyte using Metal Organic Frameworks
| Project/Area Number |
21K14727
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 36020:Energy-related chemistry
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| Research Institution | Yonago National College of Technology |
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Principal Investigator |
Shimizu Takeshi 米子工業高等専門学校, 総合工学科, 特命助教 (50845386)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
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| Keywords | 電極|電解液界面 / 脱溶媒和 / 金属有機構造体 |
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| Outline of Research at the Start |
リチウムイオン電池の電極反応において、活物質|電解液界面でのリチウムイオンの脱溶媒和が律速段階であり、脱溶媒和を促す活物質表面の設計が重要である。脱溶媒和を促進するには、溶媒分子の極性基がリチウムイオンよりも強く相互作用する表面が必要だが、現状ではその報告が少ない。本研究では、親水基NH2がカルボニル基と相互作用すること、および金属有機構造体(MOF)の一つMIL-101(Fe)に含まれる配位子テレフタル酸をアミノテレフタル酸に置換できる点に着目し、活物質としたMOFの親水基NH2の存在比に対する脱溶媒和エネルギーの相関から、高速充放電可能な活物質表面の設計指針を得る。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, for the purpose of realizing high-speed charging/discharging based on promotion of desolvation of lithium ions at the electrode/electrolyte interface, we investigated a metal-organic framework MIL-101(Fe) composed of iron ions Fe3+ and 2-aminoterephthalic acid. A lithium-ion battery with -NH2 as the positive electrode active material was fabricated. Charge/discharge and AC impedance measurements of lithium-ion batteries showed that MIL-101(Fe)-NH2 had a larger capacity and a smaller charge transfer resistance than MIL-101(Fe). This suggests that the desolvation of lithium ions at the electrode/electrolyte interface is promoted by the hydrogen bond between the surface hydrophilic group NH2 and the carbonyl group of the electrolyte molecule as the driving force.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
近年、脱炭素社会の実現に向けて電気自動車の普及が進められているが、蓄電池の充電時間が長いため普及率は1割にも満たない。また、電極|電解液界面におけるリチウムイオンの脱溶媒和が律速段階であり、現在の活物質開発技術では脱溶媒和を促進することが困難である。本研究では、活物質に極性基を導入することで蓄電池の充電時間を短縮できることが示唆され、電気自動車の普及に貢献するとともに、電極|電解液界面におけるリチウムイオンの脱溶媒和を促進する新しい手法を見出した。
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Report
(3 results)
Research Products
(7 results)
