2016 Fiscal Year Annual Research Report
A novel rechargeable lithium air battery based on oxygen/peroxide redox couple
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16H06055
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
松井 雅樹 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (70639210)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 空気極反応メカニズム / 可逆性 / 二電子還元反応 / 二次電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高効率で高いエネルギー密度を示すリチウム空気二次電池の実現を目的とし、その空気極の反応に関する基礎的な検討を行っている。我々は、空気極を触媒を含まない炭素材料のみで構成することで、低過電圧で可逆性の高い、酸素／過酸化水素のレドックス対を利用した、新しいリチウム空気二次電池を提案している。H28年度の研究では、この空気極の反応メカニズムが、実際に酸素／過酸化水素のレドックス対によるものであるかという検証のために、回転リングディスク電極を用いた反応電子数の評価と、酸素同位体ガス18O2を用いた、反応経路の特定を行った。
回転リングディスク電極を用いた測定においては、ディスク電極にグラッシーカーボンを用いた場合、-0.3 V vs. Ag/AgCl付近で還元電流が観測され、最終的に反応電子数が二電子反応に到達することが確認された。一方、ディスク電極に白金を担持した場合、0.3 V vs. Ag/AgClにおいて、四電子反応が進行することが確認された。このことから、触媒を含まない炭素材料のみで構成された空気極を使用することで、酸素の還元反応を二電子反応で停止し、酸素／過酸化水素のレドックス対が利用可能であることが示唆された。
引き続き、実際のセルで使用するカーボン多孔体電極を使用した三極セルを用いて、放電生成物のLi2O2の由来について確認を行った。まず、18O2中での定電流放電により多孔体電極中にLi2O2を析出させた後に、電極を取り出した。得られた電極に純水を添加することで、過酸化リチウムを加水分解し、生成するO2ガスの質量分析を行った所、m=36（18O2）が検出されたことから、放電生成物のLi2O2が酸素の二電子還元によって生成した、過酸化水素由来であることが確認された。
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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
H28年度の検討で、当初の予定通り放電反応メカニズムが確認された。予想外の副反応など、矛盾するデータは確認されていないため、特に問題ないと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
H28年度の検討に引き続き、充電時に生成するガスの分析を行うことで、充電反応メカニズムについて同様に検証する。また、二次電池としての特性を得るために反応の可逆性を支配する因子を特定し、最適な電極構造や電解液設計指針を提案する。
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