2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Innovative Electrolyte Materials for Aluminum Rechargeable Batteries Based on Structural Characteristics
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18K14310
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
万代 俊彦 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, 主任研究員 (20810592)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | アルミニウム電池 / 電解液 / アニオン / 解離 / アニオンレセプター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2018年度までのAlCl3フリー電解質に関する構造-物性相関に基づく電気化学特性の網羅的な検討結果および論文報告から、①電解質中でアルミニウム塩を完全に解離させること、そして②弱配位性の溶媒を用いること、以上の２点を両立した電解液設計が求められることが分かった。そこで2019年度は、弱配位性アニオンを有する新規アルミニウム塩の開発および、アニオンレセプターの適用を検討した。
Al(PF6)3、Al(SbF6)3および標準電極電位がAlより卑なMgで高い適用性を示すフッ素化アルコキシボレートを対アニオンとしたアルミニウム塩の合成を試みた。Al(PF6)3およびAl(SbF6)3は、AlCl3を対応する銀塩と反応させることで合成でき、振動分光により各種溶媒中で完全解離することが分かった。これらの電気化学的アルミニウム析出溶解試験を実施したところ、析出に対応する還元電流が観測されず、電解液の分解のみが確認された。PF6およびSbF6アニオンはアルミニウム金属を不働態化してしまうことが考えられる。一方、フッ素化アルコキシボレート塩の合成は非常に難航し、トリメチルアルミニウムを原料とし、反応温度・雰囲気・反応時間・溶媒を精密に調整した場合にのみ反応の制御が可能であった。電気化学活性が期待されるものの、十分な量の合成に至らず、検証には至っていない。
一方、Al(CF3SO3)3およびAl[(CF3SO2)2N]3を含む電解液にホウ素系アニオンレセプターを混在させると、塩の解離が飛躍的に進んだ。電流応答も劇的に改善され、特にAl(CF3SO3)3/dimethylacetamideに添加した場合に大きな還元電流が観測された。アニオンレセプターがCF3SO3アニオンを捕捉することで、活性種である溶媒和Alイオンの濃度が増大したことが要因の一つと考えられる。
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Research Products
(3 results)
