2018 Fiscal Year Annual Research Report
Design of interface property in sheet-type all-solid-state iron-air batteries and challenge for their improved high capacity
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17K18985
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
松田 厚範 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70295723)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
武藤 浩行 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20293756)
河村 剛 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10548192)
TAN WAIKIAN 豊橋技術科学大学, 総合教育院, 助教 (10747695)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
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| Keywords | 金属空気電池 / 鉄負極 / 固体電解質 / 全固体電池 / カーボンペーパー / 高分子バインダー / コアシェル粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では安価で豊富で環境負荷の極めて小さな「鉄」を負極に用いたシート型全固体鉄/空気二次電池の構築を目指している。最終年度である2018年度は、以下の重要な研究実績を得た。
（１）導電性材料への鉄化合物担持方法の検討：負極複合体の作製には、静電吸着法、めっき法、熱還元処理について検討を行った。静電吸着法による鉄担持量は2.0mg/cm2、めっき法では4.7mg/cm2で、KOH水溶液中における充放電によって鉄活物質が剥離し、容量低下が起きた。一方、新たに取り組んだポリアクリル酸とFe3+イオンの相互作用を利用してゲルを調製し、これを不活性雰囲気で熱還元処理して得られる鉄＠炭素コアシェル粒子を用いた場合には、10mg/cm2の鉄担持がカーボンペーパーやニッケルフォーム上に可能であり、充放電による剥離がほとんど起きないことがわかった。
（２）高分子バインダーを用いた鉄/空気電池二次電池の構築：鉄＠炭素コアシェルナノ粒子とポリフッ化ビニリデン(PVDF)をニッケルフォームに塗布して負極を作製し、KOH電解液中にNa2Sを添加し、充放電試験を行った。最大500 mAh/g(Fe)の放電容量を達成することができた。電解液にNa2Sを添加することで充電中にFeSが形成され不動態化を抑制できたと考察した。
（３）大容量化への挑戦：鉄＠炭素コアシェルナノ粒子が有用な負極複合体となることを実証した。亜鉛/空気電池(溶液系)の充放電試験において、約819 mAh/g (Zn)の放電容量が得られた。また、全固体系においては、水酸化物イオン伝導性を示すKOH-ZrO2固体電解質に撥水性PVDFを混合したKOH-ZrO2/PVDF電解質よりも吸水性ポリビニルアルコール(PVA)を混合したKOH-ZrO2/PVA電解質の方が全固体鉄空気電池や亜鉛空気電池の特性が向上することが明らかとなった。
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[Book] Chapter 4 Progress, Perspectives, and Applications of 1-D ZnO Fabrication by Chemical Methods, pp.59-114, in "1-Dimensional Metal Oxide Nanostructures, Growth, Properties, and Devices"2018
Author(s)
Tan Wai Kian, Hiroyuki Muto, Go Kawamura, and Atsunori Matsuda
Total Pages
331
Publisher
CRC Press/Taylor and Francis Group
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