イオン液体電解液の完全利用を目指したアルミニウム蓄電池の構築

• 研究課題/領域番号: 15H02202
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 無機工業材料
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 桑畑 進 大阪大学, 工学研究科, 教授 (40186565)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 39,910千円 (直接経費: 30,700千円、間接経費: 9,210千円); 2017年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円); 2016年度: 12,090千円 (直接経費: 9,300千円、間接経費: 2,790千円); 2015年度: 18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)
• キーワード: アルミニウム蓄電池 / イオン液体 / アニオン電池 / ハロアルミネート

研究成果の概要

AlCl3-[C2mim]Clイオン液体を電解液に用いて種々のタイプのAlバッテリーを構築した。グラファイト繊維布を正極材料用いるとキャパシティックな挙動を示し、イオン液体のアニオンが正極に吸着するだけであった。その表面にグラフェン層で被覆させたものを用いると、充電時にはアニオンがグラフェンの層間に挿入し、放電時にそれが放出される反応が確認された。この結果を基に、グラフェンナノプレートレットを正極材料に用い、アルミニウムの析出・溶解反応を負極とすると、電解質アニオンが正極～負極間に移動するロッキングチェア様式の充放電反応を行い、電解質を完全に利用するバッテリーを構築することができた。

研究成果

• [雑誌論文] Physicochemical Properties and Electrochemical Behavior of Systematically Functionalized Aryltrifluoroborate-Based Room-Temperature Ionic Liquids (2018)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki Kazuki、Tsuzuki Seiji、Tsuda Tetsuya、Kuwabata Susumu
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 122 号: 6 ページ: 3286-3294
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b12274
  • 査読あり
• [雑誌論文] Graphene Nanoplatelet-Polysulfone Composite Cathodes for High-Power Aluminum Rechargeable Batteries (2018)
  • 著者名/発表者名: TSUDA Tetsuya、UEMURA Yuya、CHEN Chih-Yao、MATSUMOTO Hajime、KUWABATA Susumu
  • 雑誌名: Electrochemistry 巻: 86 号: 2 ページ: 72-76
  • DOI: 10.5796/electrochemistry.17-00088
  • NAID: 130006434074
  • ISSN: 1344-3542, 2186-2451
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rechargeable aluminum batteries utilizing a chloroaluminate inorganic ionic liquid electrolyte (2018)
  • 著者名/発表者名: Chen, Chin-Yao; Tsuda, Tetsuya; Kuwabata, Susumu; Hussey, Charles L
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 印刷中 号: 33 ページ: 4164-4167
  • DOI: 10.1039/c8cc00113h
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Graphene nanoplatelet composite positive electrode for chloroaluminate ionic liquid-based aluminum secondary battery (2018)
  • 著者名/発表者名: Uemura, Yuya; Chen, Chin-Yao; Hashimoto, Yu; Matsumoto, Hajime; Tsuda, Tetsuya; Kuwabata, Susumu
  • 雑誌名: ACS Applied Energy Materials 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] SEM as a Facile Tool for Real-Time Monitoring of Microcrystal Growth during Electrodeposition: The Merit of Ionic Liquids (2017)
  • 著者名/発表者名: Hsieh Yi-Ting、Tsuda Tetsuya、Kuwabata Susumu
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 巻: 89 号: 13 ページ: 7249-7254
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.7b01596
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Graphene-Coated Activated Carbon Fiber Cloth Positive Electrodes for Aluminum Rechargeable Batteries with a Chloroaluminate Room-Temperature Ionic Liquid (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsuda Tetsuya、Uemura Yuya、Chen Chih-Yao、Hashimoto Yu、Kokubo Itsuki、Sutani Kouichi、Muramatsu Kazuo、Kuwabata Susumu
  • 雑誌名: Journal of the Electrochemical Society 巻: 164 号: 12 ページ: A2468-A2473
  • DOI: 10.1149/2.0981712jes
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Physicochemical properties of phenyltrifluoroborate-based room temperature ionic liquids (2017)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki Kazuki、Yoshii Kazuki、Tsuda Tetsuya、Kuwabata Susumu
  • 雑誌名: Journal of Molecular Liquids 巻: 246 ページ: 236-243
  • DOI: 10.1016/j.molliq.2017.09.067
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualization of Si Anode Reactions in Coin-Type Cells via Operando Scanning Electron Microscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Chen Chih-Yao、Sawamura Amane、Tsuda Tetsuya、Uchida Satoshi、Ishikawa Masashi、Kuwabata Susumu
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 9 号: 41 ページ: 35511-35515
  • DOI: 10.1021/acsami.7b12340
  • 査読あり
• [雑誌論文] Boron and nitrogen co-doped ordered microporous carbons with high surface areas (2017)
  • 著者名/発表者名: Alberto Castro-Muniz, Hirotomo Nishihara, Tetsuya Hirota, Mao Ohwada, Li-Xiang Li, Tetsuya Tsuda, Susumu Kuwabata, Jun Maruyama, Takashi Kyotani
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 53 号: 100 ページ: 13348-13351
  • DOI: 10.1039/c7cc08390d
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Pt-Nanoparticle-Supported Carbon Electrocatalysts Functionalized with a Protic Ionic Liquid and Organic Salt (2017)
  • 著者名/発表者名: Izumi Reiko、Yao Yu、Tsuda Tetsuya、Torimoto Tsukasa、Kuwabata Susumu
  • 雑誌名: Advanced Materials Interfaces 巻: 5 号: 3 ページ: 1701123-1701123
  • DOI: 10.1002/admi.201701123
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multifunctional Electropolymerizable Carbazole-based Ionic Liquids (2016)
  • 著者名/発表者名: Kirankumar, R.; Tsuda, T.; Chen, C.-Y.; Lu, C.-Y.; Kuwabata S.; Chen, P.-Y.
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 6 号: 19 ページ: 15735-15744
  • DOI: 10.1039/c5ra23896j
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] In situ Scanning Electron Microscope Observation of Silicon Anode Reactions in Lithium-Ion Battery during Charge-Discharge Processes (2016)
  • 著者名/発表者名: Chen, C.-Y.; Sano, T.; Tsuda, T.; Ui, K.; Oshima, Y.; Yamagata, M.; Ishikawa, M.; Haruta, M.; Doi, T.; Inaba, M.; Kuwabata, S.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 36153-36153
  • DOI: 10.1038/srep36153
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Highly Durable Pt Nanoparticle-supported Carbon Catalysts for the Oxygen Reduction Reaction Tailored by Using an Ionic Liquid Thin Layer (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Yoshii, Keisuke Yamaji, Tetsuya Tsuda, Hiroaki Matsumoto, Takeshi Sato, Reiko Izumi, Tsukasa Torimoto, and Susumu Kuwabata
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. A 巻: 4 号: 31 ページ: 12152-12157
  • DOI: 10.1039/c6ta04859e
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Novel Alkali Metal Salts with Designable Aromatic Trifluoroborate Anions (2016)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki, K.; Yoshii, K.; Tsuzuki, S.; Matsumoto, H.; Tsuda, T.; Kuwabata, S.
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 120 号: 35 ページ: 9468-9476
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.6b06990
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] イオン液体を用いた表面化学反応のin situ 電子顕微鏡観察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 桑畑 進、津田哲哉、鳥本 司
  • 雑誌名: 表面技術 巻: 67 ページ: 79-83
  • NAID: 130005306136
• [雑誌論文] Double Layer Capacitance Properties of Monodisperse Carbon Particles with High Porosity Derived from Polyacrylonitrile Synthesized by Dispersion Polymerization (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Tnmyo, T. Asano, Y. Jo, K. Yoshii, T. Tsuda, J. Maruyama, H. Uyama, and S. Kuwabata
  • 雑誌名: Electrochemistry 巻: 83 号: 5 ページ: 348-350
  • DOI: 10.5796/electrochemistry.83.348
  • NAID: 130005067090
  • ISSN: 1344-3542, 2186-2451
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] In situ Electron Microscope Observation for High Capacity Anodes in Next-Generation IL-Based Li Batteries (2017)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Tsuda, Chih-Yao Chen, Yoshifumi Oshima, Susumu Kuwabata
  • 学会等名: 68th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electroplating of Al-Nb Alloys from the Lewis Acidic Chloroaluminate Ionic Liquid (2017)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Tsuda, Go Matsui, Naoko Oda, Akihito Imanishi, Susumu Kuwabata
  • 学会等名: 232nd ECS Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] In Situ Monitoring of the Anodic Reactions in Secondary Batteries By Transmission Electron Microscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Chih-Yao Chen, Tetsuya Tsuda, Yoshifumi Oshima, Susumu Kuwabata
  • 学会等名: 232nd ECS Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Systematic Consideration of Physicochemical Properties on Aryltrifluoroborate-Based Room-Temperature Ionic Liquids (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Iwasaki, Hajime Matsumoto, Tetsuya Tsuda, and Susumu Kuwabata
  • 学会等名: 232nd ECS Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] コインセル型Liイオン電池の オペランドSEM観察 (2017)
  • 著者名/発表者名: 津田哲哉、澤村 周、陳 致堯、桑畑 進
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会 第73回学術講演会
• [学会発表] 膨張黒鉛正極を用いたアルミニウム蓄電池 (2017)
  • 著者名/発表者名: 津田哲哉、上村祐也、陳 致堯、松本 一、桑畑 進
  • 学会等名: 第58回電池討論会
• [学会発表] 電子顕微鏡による金属リチウム電析反応のin situ観察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 3.陳 致堯、佐野輝樹、津田哲哉、大島義文、桑畑 進
  • 学会等名: 第57回電池討論会
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉
  • 年月日: 2016-11-29
• [学会発表] Carbon Material-Based Positive Electrodes for Aluminum Secondary Battery with a Chloroaluminate Ionic Liquid (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuda, Y. Uemura, C.-Y. Chen, I. Kokubo, and S. Kuwabata
  • 学会等名: PRiME2016
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2016-10-02
  • 国際学会
• [学会発表] AlCl3-[C2mim]Cl室温溶融塩からのAl-Nb合金電析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松井郷,津田哲哉,桑畑進
  • 学会等名: 電気化学会第83回大会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2016-03-29
• [学会発表] グラフェン・ナノ・プレートレットを正極活物質とするアルミニウム二次電池 (2016)
  • 著者名/発表者名: 上村祐也,陳致堯,津田哲哉,桑畑進
  • 学会等名: 電気化学会第83回大会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2016-03-29
• [図書] ポストリチウムに向けた革新的二次電池の材料開発、アルミニウム金属二次電池の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Tsuda, Chih-Yao Chen, Yoshifumi Oshima, Susumu Kuwabata
  • 総ページ数: 10
  • 出版者: エヌ・ティー・エス