2015 Fiscal Year Research-status Report
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26810122
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
嵯峨根 史洋 静岡大学, 工学部, 助教 (70443538)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 黒鉛電極 / アニオンインターカレーション / 電気化学反応 / 速度論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は異なるアニオン種が黒鉛電極へ挿入する際の活性化エネルギーを比較した。電池材料に用いられるアニオン種としてアミドアニオン、トリフレーとアニオン、BF4アニオンがプロピレンカーボネート中で黒鉛電極に挿入過程を調べた結果、それぞれの挿入電位にわずかな相違が認められた。また、活性化エネルギーはアニオンのサイズによって異なり、大きなアニオンほど活性化エネルギーも大きくなる傾向を示した。一方、いずれも30 kJ/molと低く、本質的に速い過程であることが明らかとなった。大きなアニオンほど黒鉛電極に挿入する際に黒鉛層間を大きく広げる必要があることより、活性化エネルギーは電極側にあることが示唆された。これはリチウムイオンの挿入過程と異なっており、反応メカニズムが大きく異なることを意味する。
電解液の溶媒種が活性化エネルギーに及ぼす影響についてもしらべた。比較的優れたタイ酸化性を示すスルホランにおいても活性化エネルギーはプロピレンカーボネートと同程度となり、電解液中のイオンー双極子相互作用の影響は用いた溶媒種ではいずれも小さいことが明らかとなった。
また、黒鉛電極中のアニオンの拡散挙動を調べるために必要な合材電極の作製方法について検討を行った。作製した電極を用いて充放電試験を行った結果、過去の報告に近い容量を示し、作製した電極が機能することを確認した。一方、電池系の静置時間とともに合材電極が終電体から剥離することを確認した。拡散係数の導出には数週間の長い測定が必要となるため、安定な合材電極の作製方法を確立する必要がある。
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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
前年度の結果を受けて予定した研究内容をほぼ計画通りに進行した。アニオンインター化レーションの速度論がアニオン種、溶媒種の影響を受けにくことは、黒鉛電極側に活性化障壁があることを示唆しており、アニオンインターカレーションの化学の解明に寄与するものと考えられる。
概要に述べた通り、合材電極の作製にはまだ検討の余地がある。しかしながら本研究は当初からH28年度に実施予定のものであり、想定内の事象である。より強固な合材を作成するための混錬機を導入しており、改善できるものと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
H26年度および27年度は主に電解液側に着目し、アニオンインターカレーションの速度論について検討を行った。その結果、活性化障壁が電極側にあることが示唆されたため、H28年度は主に黒鉛電極の特性に着目した研究を行う。黒鉛層間の拡張/収縮に活性化障壁があるとすれば、黒鉛化度の異なる材料を用いることで活性化エネルギーが影響を受けるものと考えられる。また、電極を加圧下に置き、膨張しづらい環境で電気化学測定を行うことで速度論に及ぼす影響を調べる。
最終年度であるH28年度は、計画通り熱力学的なアプローチも行い、黒鉛相間化合物のステージ構造をエックス線を用いて議論する。さらに合材電極を用いて拡散係数を決定し、熱力学的・速度論的双方の立場からアニオンインターカレーションの化学について研究を推し進める。
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