2017 Fiscal Year Research-status Report
革新的高出力を可能にするコンバージョン反応によるアルミニウム二次電池の創製
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16K21288
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
知久 昌信 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20582399)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | アルミニウム二次電池 / 酸化鉄 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
負極にアルミニウムを用いたアルミニウム二次電池を実現するため、本研究では正極材料の開発を行っている。昨年までに、ポリイミドを結着材として導電助剤にケッチェンブラックを用いて作成した正極の状態を知るために粉末X線回折を用いて充放電後の正極材料を分析した。その結果、初期放電によりフッ化銅は金属の銅に還元されていた。一方でこの放電後の電池を充電したところ、フッ化銅には戻らずに塩化銅が生成していることが判明した。これはアルミニウム二次電池用の電解液に塩化アルミニウムとジプロピルスルホン、トルエンの混合液を使用している。この電解液には塩化物イオンが含まれているために、コンバージョン反応において、充電により正極が金属銅から銅イオンに変化すると電解液中の塩化物イオンと結合し塩化銅が生成することが推測される。
これまでにまた、塩化銅を用いたコンバージョン正極では充電時のカットオフ電圧の変更や塩化銅の微細化によりサイクル特性を改善することが可能であることを発見した。これは塩化銅を用いた正極の長寿命化に貢献する成果である。加えて、充電電圧を非常に高く（4 V）まで上昇させる必要があったことから、塩化銅正極を用いたアルミニウム二次電池のサイクル特性が悪い理由として、コンバージョン反応により生じる塩化アルミニウムが電解液中に溶解していることが考えられる。このようなメカニズムの解明はサイクル特性の向上に大きく資すると考えられる。
申請者はこれまでに銅のハロゲン化物を用いたコンバージョン正極を開発しているが、新たに鉄系の酸化物などを用いることが可能であることを発見し、また銅のハロゲン化物と比較して良いサイクル特性を示した。
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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
負極にアルミニウムを用いたアルミニウム二次電池を実現するため、本研究では正極材料の開発を行っている。昨年までに、ポリイミドを結着材として導電助剤にケッチェンブラックを用いて作成した正極の状態を知るために粉末X線回折を用いて充放電後の正極材料を分析した。その結果、初期放電によりフッ化銅は金属の銅に還元されていた。一方でこの放電後の電池を充電したところ、フッ化銅には戻らずに塩化銅が生成していることが判明した。これはアルミニウム二次電池用の電解液に塩化アルミニウムとジプロピルスルホン、トルエンの混合液を使用している。この電解液には塩化物イオンが含まれているために、コンバージョン反応において、充電により正極が金属銅から銅イオンに変化すると電解液中の塩化物イオンと結合し塩化銅が生成することが推測される。
これまでにまた、塩化銅を用いたコンバージョン正極では充電時のカットオフ電圧の変更や塩化銅の微細化によりサイクル特性を改善することが可能であることを発見した。これは塩化銅を用いた正極の長寿命化に貢献する成果である。加えて、充電電圧を非常に高く（4 V）まで上昇させる必要があったことから、塩化銅正極を用いたアルミニウム二次電池のサイクル特性が悪い理由として、コンバージョン反応により生じる塩化アルミニウムが電解液中に溶解していることが考えられる。このようなメカニズムの解明はサイクル特性の向上に大きく資すると考えられる。
申請者はこれまでに銅のハロゲン化物を用いたコンバージョン正極を開発しているが、新たに鉄系の酸化物などを用いることが可能であることを発見し、また銅のハロゲン化物と比較して良いサイクル特性を示した。このような新たな候補物質の発見はコンバージョン正極のメカニズムの解析に貢献すると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
負極にアルミニウムを用いたアルミニウム二次電池を実現するため、本研究では正極材料の開発を行っている。昨年までに、ポリイミドを結着材として導電助剤にケッチェンブラックを用いて作成した正極の状態を知るために粉末X線回折を用いて充放電後の正極材料を分析した。その結果、初期放電によりフッ化銅は金属の銅に還元されていた。一方でこの放電後の電池を充電したところ、フッ化銅には戻らずに塩化銅が生成していることが判明した。これはアルミニウム二次電池用の電解液に塩化アルミニウムとジプロピルスルホン、トルエンの混合液を使用している。この電解液には塩化物イオンが含まれているために、コンバージョン反応において、充電により正極が金属銅から銅イオンに変化すると電解液中の塩化物イオンと結合し塩化銅が生成することが推測される。
これまでにまた、塩化銅を用いたコンバージョン正極では充電時のカットオフ電圧の変更や塩化銅の微細化によりサイクル特性を改善することが可能であることを発見した。これは塩化銅を用いた正極の長寿命化に貢献する成果である。加えて、充電電圧を非常に高く（4 V）まで上昇させる必要があったことから、塩化銅正極を用いたアルミニウム二次電池のサイクル特性が悪い理由として、コンバージョン反応により生じる塩化アルミニウムが電解液中に溶解していることが考えられる。このようなメカニズムの解明はサイクル特性の向上に大きく資すると考えられる。
申請者はこれまでに銅のハロゲン化物を用いたコンバージョン正極を開発しているが、新たに鉄系の酸化物などを用いることが可能であることを発見し、また銅のハロゲン化物と比較して良いサイクル特性を示した。
このような新たな候補材料の発見から、ハロゲン化物の分析ではなく酸化物を含むコンバージョン正極の探索を行っていく。
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| Causes of Carryover |
ほぼ予定通りに予算を執行したが、端数として6540円余ったため次年度へ繰り越しを行った。消耗品費などへ充足する。
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