Development of Anion GICs Using Highly Concentrated Aqueous Solutions and Their Application to Energy Storage Devices
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20H02842
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 36020:Energy-related chemistry
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
宮崎 晃平 京都大学, 工学研究科, 准教授 (10512783)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
若林 裕助 東北大学, 理学研究科, 教授 (40334205)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2020: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000)
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| Keywords | 高濃度水溶液 / 黒鉛層間化合物 / 電気化学 |
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| Outline of Research at the Start |
水溶液を用いた次世代蓄電デバイスの基盤技術創出を目指す。本研究で着目するのは、水・電解質塩・グラファイトのシンプルな構成で高安全性・低環境負荷なエネルギー貯蔵を可能にする特異な現象である。これは電解質濃度を限界まで高めた水溶液で有機アニオン-グラファイト層間化合物（GIC）が生成し、水分子と反応することなく極めて高い酸化状態が維持される、申請者らが見いだした電気化学現象である。そこで、非常に興味深い「水系アニオンGIC」の電気化学的挿入・脱離に関する知識体系の確立と、新たな蓄電デバイス（革新二次電池、電気二重層キャパシタ）への応用展開を目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、水分子と電解質塩の存在割合が3:1となるような非常に濃度が高い水溶液中で、塩構成アニオンである有機アニオンがグラファイト電極に挿入脱離する反応に着想を得た新たな蓄電システムの構築を目指したものである。初年度である2020年度は、水溶液中のアニオンがグラファイトに挿入する挙動の発現条件(電解質塩の構成元素の種類、電解質の性質、温度領域、グラファイト構造の性質)の明確化に焦点を当て、水系アニオンGICの新たな領域展開を模索した。有機フッ化物塩として、トリフルオロメタンスルホン酸（CF3SO3-）、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミド（TFSA-）、(ペンタフルオロエタンスルホニル)(トリフルオロメタンスルホニル)アミド（PTFSA-）、ビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)アミド（BETA-）を選定し、電気化学的な酸化還元によりアニオン挿入脱離挙動を調べた。その結果、C2F5基を有するアニオンはサイズの制限により、挿入が不可能であることを見いだした。また、TFSAは挿入量は大きかったものの、グラファイト層間で安定化され、脱離しにくいことが明らかになった。一方、CF3SO3は挿入量はやや少ないが、挿入量と脱離量がほとんど同じであり、可逆性が高いことが分かった。これらのことから、グラファイト層間化合物を利用したエネルギー貯蔵反応を可逆的に進行させるために有効な有機アニオンの設計指針を得ることができた。
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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
研究計画通りに進んでおり、特に遅れなどはない。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は電気化学的手法、ラマン分光法、計算化学的手法の他に、核磁気共鳴や放射光による界面構造の解析を進めていく予定である。研究分担者と頻繁に情報交換を行い、SPring-8やPFで反射率測定をさらに進められるよう調整を行っていく。
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Report
(1 results)
Research Products
(2 results)
