2015 Fiscal Year Annual Research Report
電気化学界面における溶媒和イオン液体の特異な電荷移動反応
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15H03874
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
獨古 薫 横浜国立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70438117)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
都築 誠二 国立研究開発法人産業技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (10357527)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | イオン液体 / 濃厚電解液 / インターカレーション / 電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
グライム類とLiN(SO2CF3)2およびNaN(SO2CF3)2からなる溶媒和イオン液体を調製し、その物性および電気化学反応を解析した。これらの溶媒和イオン液体中では、Li+やNa+と錯形成をしていないグライム分子はほとんど存在せず、これが電気化学反応に大きな影響を及ぼすことが分かった。
リチウム硫黄電池の正極での電気化学反応で生成するリチウムポリスルフィドは溶媒和イオン液体への溶解度が低い。このため、溶媒和イオン液体を用いることでリチウム硫黄電池の放電・充電を高効率に繰り返して行うことができる。また、硫黄正極には、結着剤としてポリマーが用いられているが、ポリマーと溶媒和イオン液体の相溶性が正極の発現容量および負荷特性に大きな影響を及ぼすことが明らかとなった。
グライム類以外の溶媒（プロピレンカーボネート(PC)、スルフォラン(SL)、ドメチルスルフォキシド(DMSO)）を用いた3mol/L LiN(SO2CF3)2程度以上の高濃度電解液の場合にも、電解液中では、ほぼ全ての溶媒がLi+に配位し、溶媒和イオン液体と類似の性質を示すことが明らかになりつつある。リチウム溶媒和イオン液体の場合、グラファイト電極との界面でLi+が脱溶媒和し、グラファイト層間にLiがインターカレーションされる反応が起きる事を我々のグループは以前報告している。PC,SL, DMSOなどを溶媒に用いた高濃度電解液の場合も同様にグラファイト電極界面でLi+が脱溶媒和し、インターカレーション反応が起きることを確認した。
また、Mg[N(SO2CF3)2]2とG4を1:1で混合して得られる錯体の構造および物性を解析し、電池適用に向けた検討を開始した。
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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
当初の計画に従い、溶媒和イオン液体の特異な電気化学反応過程を明らかにしつつある。また、溶媒和イオン液体が特異性を示す原因について実験および計算化学の両面から検討することで着実に研究が進捗していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画に従い、Li 系の溶媒和イオン液体に関する研究を継続するとともに，溶媒和イオン液体の概念の拡張を図る。具体的には，錯カチオンの中心金属イオンをLi から他の金属イオン(Na, K, Mg, Ca, Al など) へ変化させることにより，錯カチオンのルイス酸性，アニオンの構造およびルイス塩基性が，溶媒和イオン液体の物性および電気化学特性に与える影響について研究を進める。錯カチオンの中心金属イオンやアニオンの構造により安定な溶媒和構造が変化すると予測されるが、これらについて分光学的な手法を用いて解析する。さらに、溶媒和イオン液体を二次電池や軽金属（Mg やAl など）のめっき用の電解液として応用する検討も進める。
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