Materials Design for Aqueous Potassium-Ion Battery

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K15679
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 36020:Energy-related chemistry
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Nakamoto Kosuke 九州大学, 先導物質化学研究所, 学術研究員 (10804271)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 電池 / カリウム / 水系電解液 / 金属有機構造体 / ナトリウム

Outline of Final Research Achievements

The rate capabilities of metal organic framework [Zn(dmpz)2NDI]n-MOF with alkaline metal-ion triflate aqueous solution in same concentration showed better performances in the order of Li < Na < K, while Prussian blue analogue as small metal organic framework showed comparative rate capabilities.
The ionic radii are larger in the order of Li < Na < K, the surface charge densities are stronger in the order of Li > Na > K, and the hydration radii are larger in the order of Li > Na > K, so the ionic conductivities are higher in the order of Li < Na < K.
These results suggest that the insertion/extraction of hydrated cations into MOF with a large framework structure should proceed without much de-solvation process in order to utilize the high mobility of hydrated ions with small hydration radius.

Free Research Field

化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では資源量豊富で安価かつ、Liよりも水中での水和半径が小さいKの高いイオンモビリティに注目し、高イオン伝導な水系電解液と、イオンサイズの大きいKでも挿入脱離可能な金属有機構造体を用いる事で、究極に安価でハイレートな水系Kイオン電池系の創製を行った。
Liイオン電池は近年EV電源としてのニーズが急速に高まる一方、現状のLi年産量では世界新車販売台数を賄えず、シェアエコノミー型完全自動運転EVが普及すると、超急速充放電特性がキーとなる時代の到来を迎えようとしている中で、ゲームチェンジャーとなりうる蓄電技術開発の一助となる可能性がある。