2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Layered Double Hydroxides with Electrochemical Anion Insertion-Extraction
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21K19015
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
忠永 清治 北海道大学, 工学研究院, 教授 (90244657)
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2021-07-09 – 2023-03-31
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| Keywords | アニオン電池 / 層状複水酸化物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
新規蓄電池システムとして、アニオン交換型の電極材料を用いた電池系が注目されている。本研究では、インターカレーション型の塩化物イオン挿入脱離可能な電極材料として遷移金属含有層状複水酸化物（LDH）を検討した。LDHは通常、2価および3価金属の水酸化物層と層間のアニオンおよび層間水から構成されており、金属の価数変化により層間アニオンが挿入脱離することが期待される。そこで、様々な遷移金属含有LDHを合成し、その電気化学的挿入脱離挙動を検討した。
遷移金属含有LDHの中で、Co-Al系LDHについてまず検討を行った。塩化物イオンを層間に含むCo-Al LDHを水熱合成法および共沈法で作製した。この塩化物含有Co-Al系LDH、金属リチウム、塩化1-ブチル-1-メチルピロリジニウムを溶解したプロピレンカーボネートを電解液を用いて３極セルを構築した。まず、サイクリックボルタンメトリーにより、LDH中のCoの酸化還元を確認できた。また、このセルは定電流条件で充放電が可能であり、電池として動作することを確認した。その際、水熱合成法で作製したLDHよりも共沈法で合成したLDHの方が大きな容量を示した。さらに、XANES測定により、充放電前後のCo-Al LDHのCoの価数変化を確認したところ、わずかではあるがCoの価数変化を確認した。
Alの一部をMnに置換することによりCo-(Mn, Al)系LDHを合成したところ、Co-(Mn, Al)系LDHはCo-Al系LDHと比較して容量が増加することがわかった。
一方、炭酸イオンを層間に含むCo-Al系LDHにおいて、水系電解液において、水酸化物イオンの挿入脱離を伴うCo-Al系LDHのCoの酸化・還元挙動を確認した。
よって、遷移金属含有LDHは、アニオン交換型の電極材料として用いることが可能であることを明らかにした。
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