2021 Fiscal Year Annual Research Report
リチウム空気電池の充放電サイクル特性に及ぼす正極表面化学修飾の効果検証
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20J20091
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
西岡 季穂 大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | リチウム空気電池 / 次世代二次電池 / 電気化学 / 電解液 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
リチウム空気電池は現行のリチウムイオン電池よりも格段に高い理論容量を有することから「究極の次世代二次電池」と称されており、その実用化が期待されている。しかし、実用に耐えるほど十分に良好な充放電サイクル特性が得られないという課題を抱えている。LOBに本来期待されている高い重量エネルギー密度を実現するためには、化学的に安定な電解液の開発が必要不可欠である。
そこで、今年度は特にリチウム空気電池の新規電解液溶媒の開発に注力した研究を行ってきた。その中で、申請者はアミド系の溶媒であるN,N-ジメチルアセトアミド(DMA)を電解液として用いた場合に、標準的な電解液であるエーテル系の電解液よりも優れた電池特性を示すことを見出した。また、①DMAが易分解性放電生成物の形成能を促し、充電過電圧の低減を導くこと、②DMAは溶媒自身が正極の分解を引き起こすことが知られる一重項酸素の消去能を有することという2つの特徴的な機能がその起源となっていることが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
DMAは①易分解性放電生成物の形成能を促し充電過電圧の低減を導く、②溶媒自身が一重項酸素の消去能を有するという2つの機能を有していることによって、優れた電池特性を導くことが明らかとなった。これまでの多くの研究では活性酸素種によって分解しない電解液の開発に焦点があてられており、このような特性を電解液に与えることについては注目が集まっていなかった。また、DMA電解液はLOBの副反応を抑制するための複数の役割を担っているという点が革新的であった。今回のDMAでの結果によって、電池反応での酸素の利用という難題を克服するための方策として多機能を有する電解液の設計という新しい展望が見出された。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は溶媒分子の化学的安定性の更なる改善を目指して、有機合成化学を専門とする研究室と意見交換を重ねながら新規溶媒分子構造を設計する予定である。一方で、電池内において化学的安定性の高い分子構造を提案するためには、溶媒の分解反応を正確に捉えてその反応を誘発させる要因を特定する必要がある。それに関しては、気体をその場分析するための測定手法を確立させ、充電反応時に生成する酸素の定量的検出や捕集したガス状分解物のガスクロマトガラフ質量分析を試みている。
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