| 研究課題/領域番号 |
21K14712
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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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 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
池澤 篤憲 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (80824953)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | 亜鉛極 / 亜鉛空気二次電池 / その場測定 / 水系二次電地 / 電解液 / 水系二次電池 / 電気化学 / 亜鉛空気二次電地 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
亜鉛極は安価、高容量かつ安全な電極系であるため、次世代の二次電池負極として期待されている。しかし、充放電を繰り返すことで電極形状変化、不動態化が生じ容量劣化が進行するため、長寿命化が喫緊の課題となっている。亜鉛極の形状変化、不動態化は中間生成物である亜鉛酸イオンの輸送距離と密接に関わっていることが知られており、適度な亜鉛酸イオン輸送を実現する電極系の構築が長寿命化につながると考えられる。本研究では、その場測定手法を用いて亜鉛極の反応速度論を解析し、亜鉛極長寿命化のための電解液設計指針を構築する。
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| 研究成果の概要 |
亜鉛溶解速度が遅い場合、電極外への亜鉛酸イオン輸送が支配的となり、電極中への酸化亜鉛の析出が抑制され、寿命特性の低下が生じることが明らかとなった。これを抑制するためには、亜鉛酸イオン輸送の抑制が重要であり、その一つの手段として電極のアイオノマー修飾が有効であることが明らかとなった。亜鉛析出を均一化するためには、電極上での亜鉛析出過電圧を低減することが重要であることが明らかとなり、その一つの手段として電極へのテルル修飾が有効であることが明らかとなった。また、亜鉛析出の均一化により、銅集電体上での亜鉛析出が抑制され、mossy析出が抑制されることで、寿命特性の向上につながることが明らかとなった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
放電レートはユーザーが決定する因子であるため、低レート放電が亜鉛極の劣化につながることを明らかにした点は、特に実用の観点で意義深い発見である。また、それを抑制するための指針を提示した点も同様に重要な発見である。亜鉛析出の均一化において、電解液中の亜鉛酸イオン輸送の速度論だけでなく、電極上の亜鉛析出の速度論が影響する点を明確化したのは本研究が初めてであり、学術および実用の両観点で意義深いものである。本研究では新たなその場測定系の開発や、モデル電極を基軸とした実用電極開発の方法論構築を達成している。これらは今後の亜鉛極の研究開発において、学術および実用の両観点で意義深いものである。
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