Studies of Li-Air Batteries Utilizing Seamless Activated Carbon Electrode and Metal/Metal-Oxide Catalyst

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K04998
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: Hatakeyama Yoshikiyo 群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (90633313)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 白石 壮志 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (40292627)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: リチウム空気電池 / 炭素材料 / オペランド測定

Outline of Final Research Achievements

In this study, we investigated how the properties of carbon electrodes, electrolyte additives, and electrocatalysts affect the charge-discharge characteristics of lithium-air batteries with carbon nanotubes and seamless activated carbon as cathode electrodes. Using synchrotron radiation along with laboratory equipment, small-angle and wide-angle X-ray scattering and X-ray absorption spectroscopy were performed to trace the time-resolved structural changes in the electrode and changes in the state of materials within the electrode during the charge discharge state. Based on the experimental results, the electrode parameters and catalyst preparation methods were combined to improve the charge-discharge cycle characteristics, and 100 charge-discharge cycles with a capacity of 500 mAh/g were achieved.

Free Research Field

ナノ構造科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

電気自動車の普及や再生可能エネルギーの効率的な利用に向け、高容量の電池やキャパシタの開発が求められている。本研究では次世代蓄電池の一種であるリチウム空気電池に着目し、電極構造、電解液、触媒の観点から各種パラメータがどのように電池性能に寄与しているか明らかとし、基礎的は知見を得ることを目的とした。X線を用いる分析法の適用では、放充電状態におけるオペランド測定システムを構築し、マルチスケールでの構造解析を目指した。その結果、電極内での酸化物結晶の生成や電極の構造変化を確認することができた。また、従来の評価方法における問題点を明らかとし、触媒効果によるサイクル特性も改善した。