2023 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the function of discharge / charge reaction at the air electrode of lithium-air secondary battery using room-temperature ionic liquids
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21K05253
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
宇井 幸一 岩手大学, 理工学部, 准教授 (60360161)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹口 竜弥 岩手大学, 理工学部, 教授 (30227011)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | リチウム－空気二次電池 / 電解質 / イオン液体 / 空気極 / ケッチェンブラック / 界面挙動 / 電気化学インピーダンス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はこれまでの2年間で得られた電解質／空気極の界面設計に関する知見に基づき、空気極にケッチェンブラックを、電解質に室温域で液体である室温イオン液体（ILs）を用いたリチウム－空気二次電池（LABs）を作製し、以下の2つの項目を実施した。
まず、環式および非環式脂肪族カチオンとアニオンにビス(トリフルオロスルホニル)アミド(TFSA)から成る2種類のアミド系ILsにLi塩としてLi-TFSAを混合したものを電解質に用いて、ILsのカチオン種の構造とLABsの空気極の界面挙動との関係を検討した。比較として、テトラエチレングリコールジメチルエーテル(G4)にLi-TFSAを混合した有機溶媒系電解質(G4系)を用いた。定電流放充電試験より、放電過電圧は環式ILs、G4系、非環式ILsの順に大きくなった。これは電解質の電気伝導率が環式ILs、G4系、非環式ILsの順に低くなることから、セルの内部抵抗が影響していると考えられる。電気化学的インピーダンス測定で得られたナイキストプロットの容量性半円は、環式ILs、G4系、非環式ILsの順に大きくなった。これは電解質／空気極の界面抵抗を示し、放電過電圧の大きさの順と一致していた。
次に、TFSAアニオンから成るILsと比べ、低粘性率を示すビス(フルオロスルホニル)アミド (FSA)から成るILsに展開して、比較として、G4にLi-FSAを溶解した有機溶媒系電解質(G4系)を用いた。電解質の種類(ILs、有機溶媒）がLABsの電気化学的特性と空気極の界面挙動に及ぼす影響を検討した。初回放充電曲線より、ILs系の過電圧はG4系よりも大きかったが、サイクル特性はG4系に比べ、ILs系の方が安定していた。
以上より、有機溶媒系電解質と比べ、ILs系電解質を用いるLABsでは、空気極の界面挙動が良好なものがあり、特に、環式脂肪族カチオンとTFSAアニオンから成るILsを用いることで、セルの内部抵抗および電解質／空気極の界面抵抗が低減されることが明らかとなった。
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