| 研究課題/領域番号 |
21K20554
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| 研究種目 |
研究活動スタート支援
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
0502:無機・錯体化学、分析化学、無機材料化学、エネルギー関連化学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京農工大学 |
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研究代表者 |
近岡 優 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00908626)
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| 研究期間 (年度) |
2021-08-30 – 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 |
3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | リチウムイオン電池 / 電解液 / 溶液構造 / 低誘電率溶媒 / Li+電池 / 電池 / 電気化学 / イオン伝導度 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
低炭素社会に向けた電気自動車への需要増大に対し、蓄電デバイス(Li+電池等)の更なる高エネルギー密度化が求められる。電極の厚膜化は、高エネルギー密度化に対して有効な手法の一つであるが、イオン伝導に伴う抵抗成分の増加により出力特性が低下する点が課題であった。本研究では反応イオン種(Li塩)と異種イオンを混合したデュアルカチオン電解液を新規に開発し、反応イオン種と異種イオンの輸送パラメータを最適化することで従来系を超える高速な蓄電デバイスの構築を目指す。特に分子間相互作用が小さく、粘度が低い「低誘電率溶媒系」における電解液設計を開拓し、種々の電極材料への適用可能性を検討する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では蓄電デバイス(Li+電池等)の更なる高エネルギー密度化に向け、2種のカチオンを混合した異種イオン混合型電解液に着目し、反応・異種イオンの輸送能を最適化した設計指針を開拓した。特に低誘電率(低い相互作用)を有するジメチルカーボネート(DMC)溶媒と溶解性の高い4級アンモニウム塩(SBPBF4)を主骨格とした電解液設計により、従来の課題であったLi+輸送能を向上させつつ(1.2~倍)、電極内イオン拡散性を向上させる新規異種イオン混合型電解液を実現した。実際に開発した電解液を厚膜型Li+電池型蓄電デバイスに適用した結果、従来の高誘電溶媒を用いた系よりも高い出力特性が得られた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
従来の電解液設計では、[1] Li塩の種類、[2] Li塩を溶かす溶媒、[3] Li塩の濃度という”3次元パラメータ”によって出力特性の向上を目指していた。本研究では4つ目のパラメータとして「異種イオンの混合」が高出力化に有効であることを示し、電解液設計パラメータの”4次元化”を提唱する点で学術的なインパクトが高い。さらにこの理論は、Li+をベースとした電解液設計だけでなく、ポストLi+電池として期待されるNa+, K+, Mg2+, Ca2+電池等への応用も期待できる点でも波及効果が大きい。
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