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2015 Fiscal Year Research-status Report

イオン液体を用いたエマルション電解液の創製と革新型蓄電池への展開

Research Project

Project/Area Number 15K13815
Research InstitutionYokohama National University

Principal Investigator

獨古 薫  横浜国立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70438117)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 跡部 真人  横浜国立大学, 環境情報研究科(研究院), 教授 (90291351)
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2017-03-31
Keywordsイオン液体 / 電池
Outline of Annual Research Achievements

テトラグライム(G4)とLi塩からなる溶媒和イオン液体[Li(G4)][TFSA] (TFSA: bis(trifluoromethanesulfonyl)amide)を調製し、これと様々な溶媒を混合することでエマルション電解液の調製を試みた。[Li(G4)][TFSA]は様々な溶媒と相溶するが、ヘキサンやシクロヘキサンなどの誘電率の極めて低い溶媒とは相溶しないことが分かった。また、[Li(G4)][TFSA]とトルエンを混合した場合、[Li(G4)][TFSA]の濃度が1.2 mol/L以上の濃度の時には均一な溶液になるが、1.2 mol/Lよりも低濃度の場合には相分離が起きることが分かった。そこで、Tributyldodecylphosphonium TFSA ([P44412][TFSA])やTrihexyltetradecylphosphoniun TFSA ([P66614][TFSA])などのカチオン構造に長鎖アルキル基を有するイオン液体と、[Li(G4)][TFSA]を混合した電解液を調製した。これらのイオン液体は、カチオン構造に疎水性の長鎖アルキルを有しているため、長鎖アルキルが溶液中で非イオン性ドメインを形成し、ナノレベルではイオン性ドメインと非イオン性ドメインの相分離に近い状態になっていることが計算化学による研究から示唆されている。これらのイオン液体と[Li(G4)][TFSA]を混合すると、目視による観察では均一溶液となった。NMRで検討した結果、この混合液体中では、錯カチオン[Li(G4)]+の構造は保たれていることが示唆されたことから、液体中では[Li(G4)]+はアニオンに囲まれた状態でイオン性ドメインを形成し、非イオン性ドメインとナノレベルでエマルションに近い状態に近い状態になっていると考えられる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画では、溶媒和イオン液体とヘキサン、シクロヘキサン、トルエンなどの低誘電率溶媒を混合し、乳化させることで安定なエマルション状態を保つ電解液の創製を計画していた。しかしながら、安定なエマルション状態を保つ電解液の創製には至らなかった。そこで、エマルション電解液のコンセプトを生かし、長鎖アルキルを有する[P44412][TFSA]や[P66614][TFSA]などのイオン液体と、溶媒和イオン液体を混合することで、ナノレベルでイオン性ドメインおよび非イオン性ドメインを形成させたエマルションに近い状態となる電解液を開発した。よって、本研究はおおむね順調に進捗していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

長鎖アルキルを有する[P44412][TFSA]や[P66614][TFSA]などのイオン液体と溶媒和イオン液体を混合した電解液を用いてリチウム空気電池などの革新型二次電池の開発を行う。

  • Research Products

    (11 results)

All 2016 2015

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Thermal and Electrochemical Stability of Tetraglyme-Magnesium Bis(trifluoromethanesulfonyl)amide Complex: Electric Field Effect of Divalent Cation on Solvate Stability2016

    • Author(s)
      Shoshi Terada, Toshihiko Mandai, Soma Suzuki, Seiji Tsuzuki, Katsuya Watanabe, Yutaro Kamei, Kazuhide Ueno, Kaoru Dokko, Masayoshi Watanabe
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 120 Pages: 1353-1365

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.5b09779

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Effects of Compatibility of Polymer Binders with Solvate Ionic Liquid Electrolytes on Discharge and Charge Reactions of Lithium-Sulfur Batteries2016

    • Author(s)
      Toshitada Nakazawa, Ai Ikoma, Ryosuke Kido, Kazuhide Ueno, Kaoru Dokko, Masayoshi Watanabe
    • Journal Title

      Journal of Power Sources

      Volume: 307 Pages: 746-752

    • DOI

      10.1016/j.jpowsour.2016.01.045

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Lithium-tin Alloy/Sulfur Battery with a Solvate Ionic Liquid Electrolyte2015

    • Author(s)
      Kohei Ikeda, Shoshi Terada, Toshihiko Mandai, Kazuhide Ueno, Kaoru Dokko, Masayoshi Watanabe
    • Journal Title

      Electrochemistry

      Volume: 83 Pages: 914-917

    • DOI

      10.5796/electrochemistry.83.914

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Li-O2電池の放電生成物に電解質のアニオンが及ぼす影響2016

    • Author(s)
      權 會旻,多々良 良一,小田 佳樹,小林 祐貴,仲西 梓,Morgan L. Thomas,獨古 薫,渡邉 正義
    • Organizer
      電気化学会第83回大会
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2016-03-31
  • [Presentation] 溶媒和イオン液体を電解質とするリチウム空気電池の充電過電圧の低減2016

    • Author(s)
      仲西梓,權會旻,小林祐貴,小田佳輝,多々良涼一,Morgan L. Thomas,獨古薫,渡邉正義
    • Organizer
      電気化学会第83回大会
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2016-03-31
  • [Presentation] リチウム空気電池における電解質および隔膜設計による水分ブロックの可能性2015

    • Author(s)
      小田佳輝, 小林祐貴, 多々良涼一, 權會旻, Morgan L. Thomas, 上野和英, 獨古薫, 渡邉正義
    • Organizer
      第56回電池討論会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2015-11-12
  • [Presentation] 溶媒和イオン液体を電解質とするリチウム空気電池の安定性向上2015

    • Author(s)
      權會旻、小田佳輝、小林祐貴、多々良涼一、上野和英、M. L. THOMAS、獨古薫、渡邉正義
    • Organizer
      第56回電池討論会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2015-11-11
  • [Presentation] Suppression of Water Sorption in Solvate Ionic Liquid Electrolyte for Li-Air Battery2015

    • Author(s)
      Yoshiki Oda, Yuki Kobayashi, Ryoichi Tatara, Hoi-min Kwon, Morgan L. Thomas, Kazuhide Ueno, Kaoru Dokko, Masayoshi Watanabe
    • Organizer
      8th Asian Conference on Electrochemical Power Sources (ACEPS-8)
    • Place of Presentation
      昆明, 中国
    • Year and Date
      2015-08-24
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Solvate Ionic Liquid with I-/I3 Anion as Mediator for Li-Air Batteries2015

    • Author(s)
      Yuki Kobayashi, Yoshiki Oda, Ryoichi Tatara, Hoi-min Kwon, Kazuhide Ueno, Morgan L. Thomas, Kaoru Dokko, Masayoshi Watanabe
    • Organizer
      8th Asian Conference on Electrochemical Power Sources (ACEPS-8)
    • Place of Presentation
      昆明, 中国
    • Year and Date
      2015-08-24
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Lithium-Air Battery Using Solvate Ionic Liquid as Electrolyte2015

    • Author(s)
      Hoi-Min Kwon, Ryoichi Tatara, Kazuhide Ueno, Morgan L. Thomas, Kaoru Dokko, Masayoshi Watanabe
    • Organizer
      6th Congress On Ionic Liquid (COIL-6)
    • Place of Presentation
      Jeju, Korea
    • Year and Date
      2015-06-18
    • Int'l Joint Research
  • [Book] ナトリウムイオン二次電池の開発と最新技術,第2編第10章 有機電解液の開発とナトリウムイオン二次電池への適用可能性2015

    • Author(s)
      獨古 薫,渡邉正義
    • Total Pages
      12
    • Publisher
      技術教育出版社

URL: 

Published: 2017-01-06  

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