| Project/Area Number |
22K14759
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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 | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
Chikaoka Yu 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00908626)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
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| Keywords | 電解液 / Mg2+電池 / 溶液構造 / ポストリチウム電池 / ポストLi+電池 / 多価イオン電池 / 溶液構造解析 |
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| Outline of Research at the Start |
ポストLi+電池の開発が求められる中、高エネルギー密度・高安全性が期待できるMg2+電池の実用化に注目が集まる。しかし、Mg2+電池はキャリアイオンの強い相互作用によって室温での高速充放電(1時間)が困難であり、実用化に向けては大きな障壁がある。これに対し本研究では、反応キャリアイオンとは異なるイオン種を混合した「異種イオン混合型電解液」を開発することで課題解決を目指す。本研究により、異種イオン混合のアプローチが電解液設計に及ぼす影響を体系的な学理として構築することが期待できる。
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| Outline of Final Research Achievements |
We developed dual-salt electrolytes consisting of a conventional magnesium salt ([Mg(TFSA)2]) and quaternary ammonium salts (SBPB4, SBPPF6, and SBPTFSA) for realizing ultrafast cathode reaction in Mg2+ rechargeable batteries. The charge-discharge test revealed that the dual-salt system (0.5 M Mg(TFSA)2 + 1.0 M SBPBF4) showed a high capacity (150 mAh g-1 at 0.5C-rate) at room temperature. Furthermore, detailed analyses based on Raman and molecular dynamics simulations indicate that the [Mg2+-BF4-] structure with multiple coordinated anions is a key point in enhancing the Mg2+ insertion/extraction reaction at the cathode.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究により、ポストリチウムイオン電池として期待されるMg2+電池の正極反応を高速化する電解液設計が開拓され、実用化に向けた基盤が構築されたと考える。また、開発した異種イオン混合型電解液は他のポストLi+電池(Ca2+, Al3+等)においても同様に性能が向上する傾向を見出しつつあり、社会的・学術的な波及効果が大きいと考える。さらに、これまで体系的に理解されていなかった電解液のアニオン種と正極反応速度の関連性を解明する足掛かりとして、本研究がその理論構築の一助になることが期待される。
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