ハロゲンレドックスを利用した蓄電デバイスの多様な展開

• 研究課題/領域番号: 26288112
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: デバイス関連化学
• 研究機関: 関西大学
• 研究代表者: 石川 正司 関西大学, 化学生命工学部, 教授 (30212856)
• 研究分担者: 山縣 雅紀 関西大学, 化学生命工学部, 准教授 (80527119)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2016年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2015年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2014年度: 11,960千円 (直接経費: 9,200千円、間接経費: 2,760千円)
• キーワード: 電池 / キャパシタ / ハロゲン / 炭素電極 / 蓄電 / マグネシウム負極 / マグネシウム電解液 / マグネシウム空気電池

研究成果の概要

臭素などのハロゲンレドックス反応を電極での電荷貯蔵反応に利用する検討を行った。電極として活性炭を取り上げ、細孔中で臭素などのレドックス系を検討し、まず二重層キャパシタ（EDLC）の正極反応に利用した。この系ではEDLCだけでなく、金属リチウムを用いたハイブリッドキャパシタ、あるいは黒鉛負極を用いたリチウムイオン電池タイプのデバイスへの発展も可能であることがわかった。また、これらの充放電効率が向上する非水系電解液の開発にも成功した。一方、マグネシウム負極を可逆的に充放電するハロゲン系電解液が開発できた。この系は、空気正極電池への展開も可能になり、別プロジェクトとて受け継ぐ計画である。

研究成果

• [国際共同研究] Lomonosov Moscow State University(ロシア連邦)
• [雑誌論文] Preparation of Micropore-rich High Surface Area Activated Carbon from N-doped Carbon Precursor and its Application to Positive Electrode in Lithium-sulfur Battery (2017)
  • 著者名/発表者名: USUKI Shinya、UCHIDA Satoshi、MATSUI Yukiko、YAMAGATA Masaki、HINAGO Hidenori、ISHIKAWA Masashi
  • 雑誌名: Electrochemistry 巻: 85 号: 10 ページ: 650-655
  • DOI: 10.5796/electrochemistry.85.650
  • NAID: 130006138819
  • ISSN: 1344-3542, 2186-2451
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Performance Enhancement of Rechargeable Sulfur Cathode Utilizing Microporous Activated Carbon Composite (2017)
  • 著者名/発表者名: OKABE Sota、UCHIDA Satoshi、MATSUI Yukiko、YAMAGATA Masaki、ISHIKAWA Masashi
  • 雑誌名: Electrochemistry 巻: 85 号: 10 ページ: 671-674
  • DOI: 10.5796/electrochemistry.85.671
  • NAID: 130006138818
  • ISSN: 1344-3542, 2186-2451
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hybrid Capacitors Utilizing Halogen-based Redox Reactions at Interface between Carbon Positive Electrode and Aqueous Electrolytes (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Yamazaki, T. Ito, Y. Murakumo, T. Shimooka, M. Yamagata, and M. Ishikawa
  • 雑誌名: Journal of Power Sources 巻: 326 ページ: 580-586
  • DOI: 10.1016/j.jpowsour.2016.04.021
  • 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] Electrochemical Energy Storage Device with a Lewis Acidic AlBr3－1-Ethyl-3-methylimidazolioum Bromide Room-Temperature Ionic Liquid (2014)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Tsuda, Itsuki Kokubo, Masakatsu Kawabata, Masaki Yamagata, Masashi Ishikawa, Shohei Kusumoto, Akihito Imanishi, and Susumu Kuwabata
  • 雑誌名: Journal of The Electrochemical Society 巻: 161(6) 号: 6 ページ: A908-A914
  • DOI: 10.1149/2.029406jes
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] キャパシタを高性能化する新規材料の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 廣田 尚也, 宮藤 和也, 山崎 晃治, 内田 悟史, 石川 正司
  • 学会等名: 第22回関西大学先端科学技術シンポジウム
• [学会発表] FSI(FSA)アニオンが寄与するLIB電解液の特性と充放電性能 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石川 正司
  • 学会等名: 文部科学省元素戦略プロジェクト研究拠点形成型実験と理論計算科学のインタープレイによる触媒・電池の元素戦略研究拠点「触媒・電池元素戦略研究拠点12回公開シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] ハイパワー・長寿命なキャパシタとさらなる性能向上への技術 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石川 正司
  • 学会等名: 革新型蓄電池セミナー、－エネルギー有効利用の基盤技術 ～蓄電池技術の最新動向－
  • 招待講演
• [学会発表] Preparation and Characterizations of Gelatin Electrospinning for Used as Nonaqueous Electrolyte in Electric Double-Layer Capacitor (2017)
  • 著者名/発表者名: Ditpon Kotatha, Masaharu Hirata, Satoshi Uchida, Mayuko Ogino, Masashi Ishikawa, Tetsuya Furuike, Hiroshi Tamura
  • 学会等名: 2nd International Conference on Engineering and Technology for Sustainable Development (ICET4SD)
  • 国際学会
• [学会発表] Lithium-ion Capacitor Utilizing 3-D Current Collector with Bis(fluorosulfonyl)Imide-based Electrolyte (2017)
  • 著者名/発表者名: Masashi Ishikawa, Naoya Hirota, Satoshi Uchida, Masaki Yamagata, Kazuki Okuno, Masatoshi Majima, Akihisa Hosoe
  • 学会等名: 232nd ECS Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] スルホン系電解液を使用したマグネシウム空気二次電池における正負極での反応機構の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小長谷 健太, 副田 和位, 石川 正司
  • 学会等名: 第58回電池討論会
• [学会発表] 臭化物イオンのレドックス反応を利用したキャパシタにおける高濃度電解液の適用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 上野 浩明, 内田 悟史, 山縣 雅紀, 石川 正司
  • 学会等名: 第58回電池討論会
• [学会発表] スルホン系電解液を使用したマグネシウム空気二次電池の実現可能性の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小長谷 健太, 副田 和位, Alina Belova, Tatiana Zakharchenko, Daniil Itkis, 住友 俊介, 塚田 佳子, 石川 正司
  • 学会等名: 2017年度第3回関西電気化学研究会
• [学会発表] 高濃度電解液を用いた臭化物イオンレドックスキャパシタの電気化学特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 上野 浩明, 内田 悟史, 石川 正司
  • 学会等名: 2017年度第3回関西電気化学研究会
• [学会発表] 臭化物イオンを用いた非水系レドックスキャパシタ安定化を可能にする正極材料及び作動条件の最適化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 槇 綾子, 内田 悟史, 山縣 雅紀, 石川 正司
  • 学会等名: 2016年度第3回関西電気化学研究会
  • 発表場所: 大阪府立大学, 大阪府堺市中区
  • 年月日: 2016-12-10
• [学会発表] Important Technical Elements to Enhance Electrochemical Capacitor Performance (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Ishikawa, M. Yamagata, K. Soeda, and S. Uchida
  • 学会等名: Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-state Science (PRiME 2016)
  • 発表場所: Hawaii Convention Center & Hilton Hawaiian Village, Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 2016-10-06
  • 国際学会
• [学会発表] Novel Electrochemical Capacitors Based on Tailoring Materials to Enhance Power and Energy (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Ishikawa, M. Yamagata, K. Soeda, and S. Uchida
  • 学会等名: 67th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
  • 発表場所: The World Forum, The Hague, The Netherlands
  • 年月日: 2016-08-22
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ハロゲン化物のレドックス反応を利用した新規二次電池の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 三宅 智也, 内田 悟史, 山縣 雅紀, 石川 正司
  • 学会等名: 第5回JACI/GSCシンポジウム
  • 発表場所: ANAクラウンプラザホテル神戸, 兵庫県神戸市中央区
  • 年月日: 2016-06-03
• [学会発表] New Material Design for Enhancing Performance beyond Conventional EDLC Technology (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Ishikawa, M. Yamagata, K. Soeda, and S. Uchida
  • 学会等名: 2016 International Conference on Advanced Capacitors (ICAC2016)
  • 発表場所: Otsu Prince Hotel, Otsu, Shiga, Japan
  • 年月日: 2016-05-27
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Influence of Activated Carbon Properties on Positive Electrode Performance for Non-aqueous Redox Capacitor utilizing Bromide Reactions (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Maki, S. Uchida, M. Yamagata, and M. Ishikawa
  • 学会等名: 2016 International Conference on Advanced Capacitors (ICAC2016)
  • 発表場所: Otsu Prince Hotel, Otsu, Shiga, Japan
  • 年月日: 2016-05-25
  • 国際学会
• [学会発表] ヨウ化物レドックス正極と炭素負極を用いたナトリウムイオン電池の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 濵上 弘行 他
  • 学会等名: 電気化学会第83回大会, 3T27
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス, 大阪府吹田市
  • 年月日: 2016-03-31
• [学会発表] 非水系臭化物イオンレドックスキャパシタの高容量化を可能にする正極構成材料およびその作動条件の検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 槇 綾子 他
  • 学会等名: 電気化学会第83回大会, 2I06
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス, 大阪府吹田市
  • 年月日: 2016-03-30
• [学会発表] 蓄電デバイス用材料技術とキャパシタへの展開 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石川 正司
  • 学会等名: 第7回［国際］二次電池展～バッテリー ジャパン～, 専門技術セミナー, BJ-8
  • 発表場所: 東京ビッグサイト,東京都江東区
  • 年月日: 2016-03-03
  • 招待講演
• [学会発表] ハロゲン化物のレドックス反応を用いた二次電池における電解液組成の検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 三宅 智也 他
  • 学会等名: 2015年度第3回関西電気化学研究会, P058
  • 発表場所: 同志社大学今出川キャンパス至誠館, 京都市上京区
  • 年月日: 2015-12-12
• [学会発表] ヨウ化物レドックス正極を用いた新規ナトリウムイオン電池の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 濵上 弘行 他
  • 学会等名: 日本化学会秋季事業第5回CSJ化学フェスタ2015, P5-013
  • 発表場所: タワーホール船堀, 東京都江戸川区
  • 年月日: 2015-10-14
• [学会発表] 臭素のレドックス反応を利用した二次電池における電解液系の検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 三宅 智也 他
  • 学会等名: 2015年電気化学秋季大会, 1C08
  • 発表場所: 埼玉工業大学, 埼玉県深谷市
  • 年月日: 2015-09-11
• [学会発表] マグネシウム負極を可逆化する非エーテル系電解液の構築 (2015)
  • 著者名/発表者名: 副田 和位 他
  • 学会等名: JST戦略的創造研究推進事業先端的低炭素化技術開発次世代蓄電池PJ(ALCA-SPRING)マグネシウム電池用電解液ワークショップ
  • 発表場所: 日本科学未来館, 東京都江東区
  • 年月日: 2015-08-04
• [学会発表] Reversible Deposition and Dissolution of Mg Negative in Non-Ethereal Electrolyte (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Soeda et al.
  • 学会等名: The 227th ECS Meeting, A02-0321
  • 発表場所: The Hilton Chicago, Chicago, Illinois, USA
  • 年月日: 2015-05-26
  • 国際学会
• [学会発表] 多価金属イオン蓄電池としてのアルミニウム利用の可能性の追求 (2015)
  • 著者名/発表者名: 桑畑 進 他
  • 学会等名: 電気化学会第82回大会
  • 発表場所: 横浜国立大学, 神奈川県横浜市保土ヶ谷区
  • 年月日: 2015-03-15
• [学会発表] 臭化物イオンのレドックス反応を適用した非水系レドックスキャパシタの可能性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 谷口 隆基 他
  • 学会等名: 2014年度第3回関西電気化学研究会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス新関大会館北館, 大阪府吹田市
  • 年月日: 2014-12-13
• [学会発表] アルミニウム二次電池用グラファイト正極の電極挙動 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小久保 樹 他
  • 学会等名: 第55回電池討論会
  • 発表場所: 国立京都国際会館, 京都市左京区
  • 年月日: 2014-11-19
• [学会発表] Use of a Biopolymer-based Binder for High-voltage Operation of Positive Electrode in Lithium-ion Battery (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Yamagata et al.
  • 学会等名: 65th Annual Meeting of International Society of Electrochemistry
  • 発表場所: Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPF), Lausanne, Canton de Vaud, Switzerland
  • 年月日: 2014-09-02
• [学会発表] リチウムイオン電池とキャパシタ 新しい高性能化コンセプトの探求 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石川 正司
  • 学会等名: 平成26年度第1回カーボンナノ材料研究会
  • 発表場所: 大阪科学技術センター4階404号室, 大阪市西区
  • 年月日: 2014-08-07
  • 招待講演
• [学会発表] 活性炭をベースとしたキャパシタ電極のための新しい性能向上技術 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石川 正司
  • 学会等名: 活性炭技術研究会第152回講演会
  • 発表場所: 大阪市立工業研究所4階小講堂, 大阪市城東区
  • 年月日: 2014-06-19
  • 招待講演
• [学会発表] Novel Electrode Material Design for Advanced Supercapacitors (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Ishikawa et al.
  • 学会等名: International Unions of Materials Research Societies - International Conference on Electronic Materials 2014 (IURMS-ICEM 2014)
  • 発表場所: TWCT Nangang Exhibition Hall, Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2014-06-12
  • 招待講演
• [図書] Encyclopedia of Applied Electrochemistry (2014)
  • 著者名/発表者名: Masashi Ishikawa et al.
  • 総ページ数: 2178
  • 出版者: Springer
• [図書] エレクトロニクスシリーズ 太陽熱発電の最新動向 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石川 正司
  • 総ページ数: 219
  • 出版者: シーエムシー出版
• [備考] 関西大学学術情報システム（石川正司）
  • URL: http://gakujo.kansai-u.ac.jp/profile/ja/da93ad8rb8c00fa7HW7f16kobc.html