2019 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 |
本年度は水溶液系リチウム空気電池を対象に，酸素分圧の増加や正極内部の電解液含侵状態の改良により，正極性能の向上を試みた．正極電位の変化のみ抽出するため，銀塩化銀電極を参照電極として用いたリチウム空気電池セルを構築し，正極にカーボンペーパーを用いてI-V特性（過電圧特性）を調べた．実験の結果，空気中（酸素分圧0.2atm）では電流密度を増加させるほど過電圧が著しく増大するが，酸素分圧を増加させると過電圧が低減され，酸素分圧3 atmでは空気中の場合よりも過電圧が50-60%程度抑制されることが分かった．過電圧の抑制は正極内の反応領域の変化に起因すると考えられるため，放電後の正極を電子顕微鏡で観察し，放電生成物の析出形態を調べた．その結果，酸素分圧が低い場合は大気側の電極表面のみに析出が生じている一方，酸素分圧が増加すると電極の深部でも析出が生じていることが分かった．これは酸素分圧が低い場合は電極深部まで酸素が輸送されておらず，反応領域が電極表面近傍に限定されてしまうが，酸素分圧が増加すると電解液への酸素の溶存と拡散が促進され，反応領域が電極深部まで拡大され，過電圧が減少したと考えられる．
さらに，正極多孔質構造と電解液の接触状態が過電圧抑制におよぼす影響を調べるため，従来は正極を電解液に完全に含侵させていたが，正極の端部のみを電解液に接触させ，多数の三相界面を形成した状態で放電試験を行った．その結果，空気中での放電でありながら，酸素分圧 2 atmの高酸素分圧条件で行った放電試験と同等の性能を示すことが分かった．これは三相界面では気相中の酸素が反応領域へほぼ直接輸送されるため，電解液中の酸素濃度や拡散速度が律速せず，放電時の過電圧が大幅に抑制されたと考えられる．
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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