2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Anion GICs Using Highly Concentrated Aqueous Solutions and Their Application to Energy Storage Devices
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20H02842
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
宮崎 晃平 京都大学, 工学研究科, 准教授 (10512783)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
若林 裕助 東北大学, 理学研究科, 教授 (40334205)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | グラファイト層間化合物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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。最終年度である2022年度は、高濃度水溶液と同様の溶液状態であるイオン液体に着目して、有機アニオンの挿入脱離反応の速度に関する検討を行った。イオン液体はアニオンとカチオンのみからなる溶媒分子を含まない溶液であるが、電解質としてリチウム塩などを溶解することが可能である。また、塩を溶解することで、イオン液体の構成カチオンとアニオンとの相互作用が新たに生じる。そこで、塩を含むイオン液体の粘度がグラファイトへの挿入脱離反応に与える影響を調べた。注目した速度パラメーターは反応の活性化エネルギーである。アニオンの挿入脱離においては、反応抵抗が一般に求められるがイオン強度が大きくことなる溶液間で比較する際には不向きである。そこで、反応抵抗の温度依存性から算出される活性化エネルギーで比較することにした。テトラフルオロスルフォニルアミド（TFSA）の挿入脱離で比較したところ、塩を加える前は活性化エネルギーが約30 kJ mol-1であったのに対し、塩を加えることで50 kJ mol-1まで大きくなることがわかった。これは、アニオンであるTFSAとリチウムイオン、もしくはマグネシウムイオンと相互作用が生じ、この相互作用がイオン液体のカチオンよりも強力であるため、エネルギー障壁が高くなったと考えられる。また、この活性化エネルギーの値が溶液の粘度と非常に良い相関を示すことも明らかになった。イオン液体を含む高濃度溶液の溶液状態を束一的に理解するための、指標として粘度が重要であることを示していると考えている。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(1 results)
