2015 Fiscal Year Annual Research Report
デュアルキャリアの電気化学的吸蔵・放出に関する研究
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26810131
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
土井 貴之 同志社大学, 理工学部, 准教授 (30404007)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 二次電池 / リチウム / マグネシウム / 合金 / 電解液 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
リチウム金属やマグネシウム金属を負極活物質として利用できれば二次電池のエネルギー密度は飛躍的に向上するが、前者は充電時のデンドライト生成、後者は不動態化しやすいことが大きな問題である。本研究は、これらの課題をリチウムとマグネシウムのお互いの利点で補完し合うことにより解決するため、これら両方のイオンを可逆的に析出・溶解可能な電極反応系を見出すことを目指した。マグネシウムの析出・溶解反応が可能なマグネシウムイミド塩を含むエーテル電解液をベースとして、これにリチウムイミド塩を加えることにより電解液を設計した。サイクリックボルタンメトリーにより析出・溶解反応を調べた結果、リチウム－マグネシウム合金の生成が示唆されたが、クーロン効率が極めて低かった。そこで、溶媒および電解質濃度を検討した結果、高いクーロン効率（約88%）を示す炭酸エステル系電解液を見出すことができた。続いて、電解質を探索した結果、テトラフルオロホウ酸塩を含む炭酸エステル電解液中でも合金の析出・溶解反応が可能であることがわかった。しかし、この場合、マグネシウム塩のみを含む電解液の方が析出・溶解反応が進行しやすいことがわかったため、この電解液を用いてマグネシウム負極の反応解析に注力した。析出物は径が1 μm以下の不定形粒子であった。定電流充放電試験を行った結果、充電（析出）は銀・銀イオン参照極に対して-3.3～-3.4 V程度、放電（溶解）は約-3.0 Vで進行し、これまでの報告例に比べてマグネシウムの析出・溶解反応の過電圧がかなり小さいことがわかった。このように本研究ではマグネシウムを比較的可逆的に析出・溶解可能な炭酸エステル系電解液を見出すことができた。炭酸エステルはリチウムイオン電池で広く用いられている溶媒であるため、本研究の成果はマグネシウム二次電池の実現に向けて大きな一歩と考えられる。
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