2017 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 / 酸素還元 / 二電子反応 / 蓄電池 / 可逆性 |
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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。これまでの検討で、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、グラッシーカーボンをディスク電極に用いた、RRDE測定による、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い反応メカニズムが当初想定していた酸素／過酸化水素のレドックス対によるものであることを確認した。H29年度はこの反応メカニズムがカーボン種にの選択によるものかどうかを検証するために、各種カーボン粉末をディスク電極に担持して、反応電子数の検証を行った。
本検討では、Vulkan XC72およびKetjen Blackを用いて測定を実施したところ、当初の予想に反して、2.5-4電子という反応電子数を示す結果が得られた。より詳細に調査を行ったところ、反応電子数が2を超える要因が、電極内部におけるLi2O2の析出によるものであり、実際の反応は二電子反応であることを確認した。一方、Li2O2の析出しやすい電極・電解液の組み合わせでは、可逆性が向上することを見出した。特に、多孔体電極組成におけるバインダー量と可逆性との相関を調査したところ、比較的バインダー量の高い組成において、可逆性が向上することを見出した。特に、電解液への浸漬により膨潤しやすい電極ほど、可逆性が向上するという傾向が明らかとなった。
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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
本研究の当初の目的である、反応メカニズムの検証については、H29年度の検討で達成された。また、電極構造や電解液組成の最適化に向けて必要なパラメーターとして、電極の膨潤度と可逆性の関係について見出しており、本反応系を利用した蓄電池実現に向けた基礎的な検討は概ね完了したといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに検証した反応系の特性を最大限に引き出す、電極構造および電解液の設計を中心に検討を行う。特にLi2O2の安定化については電池の可逆性を大きく決定づけるパラメータであることから、詳細に検討を実施する。電解液については、高濃度系電解液が優れていることがわかっていることから、これまでに検討してきたLiCl-LiOH系に加えてイミド塩などを用いた高濃度電解液を中心に検討する。また、電極構造の最適化に向けて各種多孔体カーボンやナノカーボンの利用を検討する。
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Research Products
(2 results)
