Creation of high functional Li-air battery based on synergy effect of multi-catalysis
| Project/Area Number |
21K18835
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
石崎 貴裕 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (50397486)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | Li空気電池 / カーボン系材料 / 触媒 / 深共晶溶媒 / 酸素の酸化還元反応 |
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| Outline of Research at the Start |
本課題では、長寿命で高性能なLi空気電池を実現させるために、酸素の酸化還元反応を促進
できるカーボン複合体・酸化物からなる複合触媒材料（正極触媒材料）の合成技術の開発と酸素の酸化反応を促進可能な液体触媒となる深共晶溶媒(Deep Eutectic Solvents; DES)の触媒能発現メカニズムの解明を行う。触媒能を示すDESのイオン伝導性や粘性等の諸特性を計測し、機能発現に寄与する因子を明らかにし、新しいDES触媒を設計する。正極触媒、DES触媒、Redox mediator(RM)触媒を利用し、マルチ触媒のシナジー効果を発現させる最適解を解明し、高性能Li空気電池を創製する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、Li空気電池の触媒として使用可能なNドープマクロポーラスカーボン系正極材の開発および調整した深共晶溶媒（DES）を用いた電池性能評価を行った。カーボン合成では、酸素還元反応の触媒として有効なCo-N-C結合を有するポーラスカーボンを金属有機構造体（MOF）を、そしてカーボンの結晶性向上を目的として、Cu源を原料に用いて合成した。前駆体のMOFを合成する原料には、硝酸コバルト、硝酸亜鉛、硝酸銅と2-Methylimidazole(2MZ)を用いた。これらの金属源の混合比を変更させてMOFを合成し、その後熱処理することで、マクロポーラスカーボンを合成した。合成したカーボンのSEM像から約300nmの直径を有するポーラス構造が形成されていることを確認した。合成した試料の窒素含有量をＸ線光電子分光法(XPS)で測定した結果、窒素の割合は1.0～2.5at%であり、窒素含有量は使用したCu源の濃度に応じて変化した。合成したカーボン材料を正極材に用いてLi空気電池を構築し、その充放電試験を行った。Cu含有量が最小の時に放電電圧が最も高く，Cu含有量の増加に伴い放電電圧が低下した。また，放電容量の大きさは、Cu含有量が中程度の時に最も大きく、その値は約4000 mAh/gであった。この結果から、作製したマクロポーラスカーボン材料はLi空気電池として作動することを明らかにした。
DESの開発では、硝酸リチウムとN-メチルアセトアミドを特定のモル比率で混合し，深共晶溶媒を得た。その深共晶溶媒の電池性能を評価した。その結果、異なるモル比率の電解液を用いた場合、放電容量はxLi = 0.20, 0.17, 0.125, 0.10の時それぞれ5655、7637、 9301、10392 mAh・g-1となった。
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Report
(3 results)
Research Products
(39 results)
