2018 Fiscal Year Annual Research Report
In-situ複合計測によるリチウム/酸素の移動・反応の統合的解明と電池高性能化
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15H02347
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
平井 秀一郎 東京工業大学, 工学院, 教授 (10173204)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
植村 豪 東京工業大学, 工学院, 特任准教授 (70515163)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | リチウム空気電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
リチウム空気電池の高性能化については，放電または充電の反応が進行するとき、どのような物質がどのような形態で多孔質の電極内で析出または溶出するかという電池内部の核心的な現象の解明が必要不可欠である．そこで本年度は複合構造を有した多孔質電極内で放電によって生じる反応生成物の析出現象の可視化解析を行った．また，酸素濃度に対する放電性能や析出形態の変化を観察し，析出物の同定を進めるため，大気中の酸素を利用するだけでなく，純酸素ガスを供給した実験系を構築した．
実験では，従来はビーカーセル用に特化したラミネートタイプの複合負極を用いていたため，実験条件や放電特性が安定せず，放電時の析出現象を安定して再現することが困難であった．このため，長時間の放電実験に耐えられる樹脂製容器タイプの複合負極を開発し，100h以上にわたる安定した放電を実現できる実験系を構築した．改良した負極と共に正極にカーボンペーパーを用いた実験の結果，長時間にわたって放電特性に顕著な変化が見られないにも関わらず，放電後に電極表面をSEM観察したところ，炭素繊維上には多量のフレーク状の反応析出物が生じていることが分かった．
また，一連の析出現象のメカニズムを調べるため，酸素濃度をパラメータとした実験が可能な，ガス循環供給式の実験系の構築を進めた．長時間にわたる放電によって，電解液の蒸発が生じることから，酸素分圧と湿度を制御しながら，安定した放電試験が可能なシステム設計を進めた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実験系の改良を進めることで，従来は困難であった，長時間放電に伴う析出現象の可視化に成功した．さらに酸素分圧をパラメータとした実験についても準備，検討を進めており，概ね順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究から，長時間にわたる放電によって，正極表面には多量の反応析出物が生じることが明らかとなった．しかし電極深部における析出物の量，析出物の成分，さらに酸素分圧に対する析出形態の変化などは明らかではない．このため，X線CTを用いたin-situ可視化計測を行うことで，析出現象が電池の放電特性（電流密度）におよぼす影響を明らかにする予定である．
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