2023 Fiscal Year Annual Research Report
Cryo-SEM observation of electrolyte wetting phenomena in a lithium-air battery and elucidation of high-performance electrode structure
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21H01255
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
植村 豪 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (70515163)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田部 豊 北海道大学, 工学研究院, 教授 (80374578)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | リチウム空気電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はリチウム空気電池の多孔質電極内における電解液の濡れ形態が放電性能におよぼす影響を調べた．電極構造については炭素材料で構成された多孔質電極として，炭素繊維で構成されたカーボンペーパー，炭素粒子を凝結させたグラファイトロッド，フェルトの焼成で作製されたカーボンフェルトを用いた放電試験を行った．いずれも空隙率，空隙径，比表面積が大きく異なる多孔質電極であるにも関わらず，得られた放電性能には顕著な差異が見られなかった．多孔質電極の場合は比表面積が増大するほど反応面積も増えるため，放電性能は向上すると考えられるが，実際には多孔質電極内における濡れ形態や電解液分布の影響が大きく，比表面積だけでは放電性能の優劣は定まらないことを示唆している．そこで電極内のカーボンペーパー内の電解液分布を変えて放電試験を行い，放電性能におよぼす影響を調べた．その結果，真空含浸によってカーボンペーパーの空隙を電解液で満たした場合は放電性能が著しく低下した一方，カーボンペーパー上に電解液を滴下して電解液の含侵量を低減させた場合は，放電性能が向上する結果が得られた．このことから同じ電極構造であっても内部の電解液分布を適切に設定すれば，電池を高出力化できることが分かった．さらに多孔質電極中の電解液分布をX線透過計測によって詳しく観察したところ，高い放電性能を示した条件の電極内ではごく微量の電解液が電極内に含侵していることを示唆する結果が得られた．このことから多孔質電極の空隙を電解液で埋没させず，酸素の輸送経路を確保しながら電極反応面上に薄い電解液膜が形成されれば，放電特性が向上すると考えられる．また，カーボンペーパーに微細な穴加工を施した場合も放電性能が向上する結果が得られており，電極内の電解液分布と酸素の輸送経路をバランスよく構築することが電池の高出力化において重要であると考えられる．
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| Research Progress Status |
令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。
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