2017 Fiscal Year Annual Research Report
High fluxi mass transport in a narrow space by smart control of nanobubble generation/dissolution
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15K13881
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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 – 2018-03-31
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| Keywords | リチウム空気電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
リチウム空気電池はリチウムと空気中の酸素を反応に用いるため，理論エネルギー密度が最も高く，電気自動車の航続距離を800km台まで長大化できる二次電池である．しかし現状は酸素を空気極側の気液界面から受動的に溶解・拡散させる速度が遅く，電極への酸素フラックスが不足し，本来の電池出力が発揮されていない．
本年度はこれまでに実施した研究を総括し，電解液フロー型セルを対象に，正極への酸素輸送効率を向上させた際の分極現象への影響を調べた．実験では電解液内を満たした密閉型ビーカーセル内に負極と正極を設置し，マイクロバブルを用いた酸素溶解装置によって電解液内の酸素濃度を任意に制御できる実験系を構築した．大気解放状態での溶存酸素量が9 mg/L程度であるのに対し，30 mg/L程度の高酸素濃度電解液が調製できる．
負極はリチウム金属と有機電解質保護膜（PEO18LiTFSl），さらにガラスセラミック（LATP）を積層して作製し，正極には直径10 um程度の炭素ファイバーで構成された炭素多孔質部材を用いた．本研究では電解液中の溶存酸素濃度に対する電池性能を調べるため，正極を電解液内に完全に浸漬させる構成とした．さらに正極は樹脂チューブ内で保持しており，電解液の流路を変更することで正極多孔質中へ強制的に流し，酸素供給を促進させる実験も実施できる構造とした．また，銀塩化銀電極を参照電極として用い，正極電位の変化を抽出した．
実験ではI-V曲線の取得とTafel曲線近似，さらに参照極を用いたインピーダンス計測を実施した結果，電解液フロー型セルでは輸送抵抗が大幅に抑制されており，反応抵抗のみが残ることが分かった．電流密度を5 mA/cm2まで引き上げても輸送抵抗は増大しておらず，今後のリチウム空気電池の高出力化に向けた重要な指針が得られた．
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