2023 Fiscal Year Annual Research Report
Solution chemistry of extremely concentrated electrolyte solutions
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21K05115
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
神崎 亮 鹿児島大学, 理工学域理学系, 准教授 (50363320)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 電解質溶液 / リチウムイオン二次電池 / 水系電池電解液 / 高分子電解質 / 酸塩基平衡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の対象は濃厚電解質溶液中におけるイオンの溶存状態であった．結果的に，水系リチウム二次電池電解液への応用の観点から注目の高いリチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（LiTf2N）水溶液およびその関連する塩についての研究を進めた．濃厚LiTf2N水溶液中が希薄電解質水溶液と最も異なる特徴は，[Li...H3O]2+クラスター生成による高いプロトンのポテンシャルエネルギーである．濃厚電解質溶液中において従来から提案されてきた「自由水」が枯渇した結果，水和Li+が実質的なH+キャリアとなる．このH+はLi+との強力な相互作用により高い反応性を持つ．水分子がこれほどまでにLi+に強力に束縛されているため，HOMO/LUMOエネルギー準位が安定化し，酸化・還元共に耐性が向上することが明らかとなった．
一方，大目標として掲げた濃厚電解質への一般化に関する諸情報も得ることができた．この観点で最も顕著であったのはポリアクリル酸の酸塩基平衡に対するLiTf2N塩の影響である．これまで高分子電解質の塩効果については様々なアプローチがなされてきたが，ほとんどがギブスエネルギーをベースにした議論であった．本研究課題では，これに熱量滴定を組み合わせることによってエンタルピーおよびエントロピーの観点から，高分子電解質近傍におけるイオンの振る舞いを観察することができた．結果として高分子電解質近傍において，LiTf2Nが溶媒構造性を破壊していることから，イオン近傍の構造形成が破壊された溶媒として特徴づけられることが見出された．
このほか本研究期間では，LiTf2Nの異常な希釈熱挙動や，これに対して塩化物イオンや銀イオンなどイオンに対する溶媒和は一般的な希薄電解質と同等の振る舞いが見出された．これらの統一的な解釈のため，現在は計算機実験による補足情報を収集中である．
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[Book] Metal Ions and Complexes in Solution, Chapter 12023
Author(s)
Toshio Yamaguchi, Ingmar Persson, Ryo Kanzaki, Tatsuya Umecky, Hajime Torii, Satoru Iuchi, Hirofumi Sato, Yasuhiro Umebayashi, Koji Ishihara, Masahiko Inamo, Hideo Takagi, Toshiyuki Takamuku, Masayasu Iida, Akira Odani, Christian Ekberg, Bence Kutus, Pal Sipos, Yongquan Zhou, Zhong Liu, Min Wang
Total Pages
388
Publisher
Royal Society of Chemistry
ISBN
978-1-83916-809-3
