2014 Fiscal Year Research-status Report
イオン液体含有疑似固体電解質を利用した全固体型多価イオン金属二次電池の開発
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25630437
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
宇根本 篤 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 講師 (10551525)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | イオン液体 / 疑似固体電解質 / 蓄電池 / 金属負極 / 硫黄正極 / 高エネルギー密度 / 多価イオン電池 / 錯体水素化物固体電解質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，次世代型電池の候補である全固体型多価イオン金属二次電池への適用を目指し，従来の液系よりも安定かつ安全で取り扱いの簡便な固体電解質の開発を目的としている．昨年度までは，イオン液体が固体表面で“疑似的に固体化される”という特異な界面現象を利用した固体電解質開発とその電池への適用に取り組んだ．硫黄系正極と金属リチウム負極を利用した全固体電池を作製して，これが安定に繰り返し動作することを確認した．本年度は，電極・電解質の最適化に加え，Mg電池へ適用可能な固体電解質組成を広げて新たなデバイスコンセプトを提案することを目的とし，錯体水素化物系固体電解質を利用した電池の開発に取り組んだ．液系電池において，活性化障壁の大きいことが知られている脱溶媒和過程を，無機固体電解質を利用する事で除外し，低抵抗かつ繰り返し動作が可能な全固体型多価イオン金属電池が開発できると考えたためである．錯体水素化物固体電解質は従来，還元剤にも利用されるように，還元能が高いため，卑な電位の金属負極の適用を可能にし，高エネルギー密度が達成できる可能性がある．本年度は，LiBH4錯体水素化物固体電解質をモデルとして全固体電池に実装した．正極にはその素性がよく知られているTiS2を，負極には金属Liを利用し，LiBH4固体電解質の電池への適用可能性を検討した．この結果，この固体電池は繰り返し放充電に対して，安定に動作した．また，Li電池とMg電池いずれにおいても高エネルギー密度化を達成し得る正極として硫黄の適用を試みた．本研究課題でこれまでに蓄積した硫黄と炭素のナノ界面構造制御技術を駆使し，LiBH4固体電解質，金属Li負極をそれぞれ適用することにより，少なくとも45回の繰り返し動作に対して安定に動作し，放電容量700 mAh g-1，エネルギー密度1410 Wh kg-1を達成した．
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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
全固体電池の高エネルギー密度化を可能にする硫黄正極と炭素のナノ界面構造制御技術が確立できた．また，本年度より新たに取り組んだ錯体水素化物固体電解質を利用した全固体電池リチウム硫黄電池が安定に動作し，新しいデバイスコンセプトの有用性が証明できた．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに，イオン液体と酸化物ナノ粒子からなる疑似固体電解質や新規錯体水素化物固体電解質を利用した全固体電池の開発に取り組んできた．最終年度である平成27年度は，これをマグネシウム電池系へ展開し，本研究課題で提案するデバイスコンセプトの有用性を検証する．
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| Causes of Carryover |
次年度使用は，今年度に計画していた研究項目を効率良く進めたために発生したものである．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
新しい固体電解質や電極材料開発に充て，幅広い組成での研究データを拡充する．
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