| 研究課題/領域番号 |
21K05253
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分36020:エネルギー関連化学
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| 研究機関 | 岩手大学 |
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研究代表者 |
宇井 幸一 岩手大学, 理工学部, 准教授 (60360161)
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| 研究分担者 |
竹口 竜弥 岩手大学, 理工学部, 教授 (30227011)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
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| キーワード | リチウム－空気二次電池 / 電解質 / イオン液体 / 空気極 / ケッチェンブラック / 界面挙動 / 電気化学インピーダンス / カーボンナノチューブ / リチウム・空気二次電池 / 放充電反応 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
リチウム・空気二次電池（LABs）のエネルギー密度はリチウムイオン電池を大きく上回るので、次世代二次電池として期待されている。しかしながら、電解質の揮発や反応中間体の超酸化物による電解質分解など、主に電解質に多くの問題を抱えている。そこで本研究では、未だに実用化されていないLABsの問題である短い寿命（サイクル特性）を解決するため、電解質に難揮発性の室温イオン液体を選択して、正極である炭素系空気極との界面設計に関する基礎的知見を得ることを目的とする。特に、放電反応の際、空気極に生成する析出物を解析し、放充電反応を解明することで、室温イオン液体の構造と空気極のサイクル特性の関係を明らかにする。
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| 研究成果の概要 |
リチウム－空気二次電池（LAB）の問題である短い寿命（サイクル特性）を解決するため、電解質に難揮発性の室温イオン液体（ILs）を選択して、そのイオン種の構造と空気極の界面との関係を明らかにすることを目的とした。現行の有機溶媒系電解質では電解質/空気極界面の界面抵抗が高いため、放充電を繰り返すと放電容量が急激に低下したのに対し、ILs系電解質ではカチオン種により界面抵抗が低いものがあり、特に、環式脂肪族カチオンを含むILs系では、サイクル特性が良好であった。
以上より、電解質に環式脂肪族系ILsを用いることで、LABはより安定な放充電反応を示し、サイクル特性向上の可能性が示唆された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
リチウム－空気二次電池（LAB）のエネルギー密度はリチウムイオン電池を大きく上回るので、次世代二次電池として期待されているが、未だに実用化されていないのは寿命（サイクル特性）が短いためである。これまでLABでは、空気極に用いる炭素基材の材質や構造に関する研究が多かったが、本研究課題ではこれを解決するため、電解質に着目して、室温イオン液体（ILs）を検討した。その結果、環式脂肪族カチオンを含むILs電解質の場合、電解質／空気極の界面抵抗が低く、LABのサイクル特性が改善した。これらの相関性は電気化学の研究として学術的意義があり、この成果がLABの実用化の一助となれば社会的意義があると考えられる。
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