Development of Anion GICs Using Highly Concentrated Aqueous Solutions and Their Application to Energy Storage Devices

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H02842
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 宮崎 晃平 京都大学, 工学研究科, 准教授 (10512783)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 若林 裕助 東北大学, 理学研究科, 教授 (40334205)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 黒鉛層間化合物 / 濃厚水溶液 / アニオン

Outline of Annual Research Achievements

研究実績の概要
本研究は、水分子と電解質塩の存在割合が3:1となるような非常に濃度が高い水溶液中で、塩構成アニオンである有機アニオンがグラファイト電極に挿入脱離する反応に着想を得て、新たな蓄電システムの構築を目指したものである。二年度目である2021年度は、より実用的なデバイス設計の観点から、負極反応を意識した電解液を選択し、黒鉛層間化合物の合成が可能であるかの検証を行った。まず、高濃度アルカリ水溶液に酸化亜鉛を溶解させた電解液を用い、亜鉛の溶存種である亜鉛酸イオン[Zn(OH)4]2-の黒鉛への挿入脱離反応を試みた。亜鉛酸イオンを含む水溶液は、亜鉛金属を負極に用いた二次電池の電解質であり、実際に二次電池を構築する際には亜鉛負極と黒鉛正極で電池設計が可能である。数mol dm-3程度の水酸化カリウム水溶液では、亜鉛酸イオンの挿入脱離を示唆する測定結果は得られなかったものの、水酸化カリウム水溶液の濃度を高くすると、アニオンの挿入脱離に伴う酸化・還元の容量が観察された。黒鉛層間化合物の合成を示唆する結果であるが、挿入種の特定や定量的な解析を今後進めていく必要があると考えられる。また、複数のアニオンが混在する水溶液において、特定のアニオンが黒鉛層間化合物を形成しやすいことも分かった。熱力学的および速度論的な観点から、黒鉛層間化合物の形成に有利なアニオンの特性を明らかにしていく必要もあると考えられる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究計画通り進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

今後は電気化学的手法、ラマン分光法、計算化学的手法の他に、核磁気共鳴や放射光による界面構造の解析を進めていく予定である。研究分担者と頻繁に情報交換を行い、SPring-8やPFにおいて反射率測定をさらに進められるよう調整を行っていく。