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2018 年度 実績報告書

高イオン強度電解質溶液の基礎研究と次世代型蓄電池への展開

研究課題

研究課題/領域番号 16H04216
研究機関名古屋大学

研究代表者

福塚 友和  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (90332965)

研究分担者 西 直哉  京都大学, 工学研究科, 准教授 (10372567)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード次世代蓄電池 / 電解液 / 界面 / ラマン分光法
研究実績の概要

リチウム塩を溶解した炭酸プロピレン(PC)にさらにリチウム塩を濃厚化したものあるいはカルシウム塩あるいはマグネシウム塩を加えた有機電解液をベースに黒鉛負極の研究を行った。特に本年度は高イオン強度電解液の電極/電解液界面での動的挙動を調べることを主目的とした。手法としてその場ラマン分光測定法を用いた。通常のその場ラマン分光測定では合剤電極表面にレーザー焦点を合わせるが、本研究では合剤電極内部に焦点を合わせることで合剤電極内部に存在する電解液のスペクトル中の割合をバルク電解液に対して増加させることで界面近傍での電解液の構造変化を捉えることを目指した。特に濃厚リチウム塩溶解電解液に注力し、測定手法を検討した。その結果、黒鉛へのリチウムイオン挿入が進行可能な濃厚リチウム塩含有PC系電解液では表面被膜形成電位付近で溶媒和リチウムイオンの構造が変化し、溶媒和数が増加することが見出された。一方、通常濃度で黒鉛へのリチウムイオン挿入が進行する電解液では表面被膜形成電位付近で溶媒和数の減少が見出されている。この結果を踏まえると表面被膜形成が可能な溶媒和リチウムイオン構造が存在し、このような構造をリチウムイオン挿入時にとることのできる電解液が黒鉛へのリチウムイオン挿入が進行可能にすることが分かった。さらに界面構造に注目し、イオン液体電解液/金属電極界面でのイオン液体の構造について種々の分光法を適用し、界面構造の変化を捉えることができることを明らかにした。
また、次世代型蓄電池としてマグネシウム二次電池に注目した。本年度は水系マグネシウム二次電池に注目し、金属マグネシウムの析出溶解反応を濃厚マグネシウム塩溶解水溶液で試みた。その結果、わずかではあるが金属マグネシウムの析出を示唆する結果が認められ、高イオン強度電解液の特異性が示唆された。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Potential-Dependent Structure of the Ionic Layer at the Electrode Interface of an Ionic Liquid Probed Using Neutron Reflectometry2019

    • 著者名/発表者名
      Nishi Naoya、Uchiyashiki Junya、Ikeda Yoichi、Katakura Seiji、Oda Tatsuro、Hino Masahiro、Yamada Norifumi L.
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 123 ページ: 9223~9230

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.9b01151

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrochemical Behavior of Graphitized Carbon Nanospheres in a Propylene Carbonate-Based Electrolyte Solution2018

    • 著者名/発表者名
      Maruyama Shohei、Fukutsuka Tomokazu、Miyazaki Kohei、Abe Yumi、Yoshizawa Noriko、Abe Takeshi
    • 雑誌名

      Journal of The Electrochemical Society

      巻: 165 ページ: A2247~A2254

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1149/2.0691810jes

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Origin of the Electrochemical Stability of Aqueous Concentrated Electrolyte Solutions2018

    • 著者名/発表者名
      Yokoyama Yuko、Fukutsuka Tomokazu、Miyazaki Kohei、Abe Takeshi
    • 雑誌名

      Journal of The Electrochemical Society

      巻: 165 ページ: A3299~A3303

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1149/2.0491814jes

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 黒鉛負極へ適合可能な炭酸プロピレン系電解液の研究2018

    • 著者名/発表者名
      福塚友和
    • 雑誌名

      炭素

      巻: 283 ページ: 108~117

    • DOI

      dx.doi.org/10.7209/tanso.2018.108

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 負極材2018

    • 著者名/発表者名
      福塚友和, 安部武志
    • 雑誌名

      工業材料

      巻: 66 ページ: 36-41

  • [雑誌論文] Electrochemical surface plasmon resonance as a probe of redox reactions at the ionic liquid|gold interface2018

    • 著者名/発表者名
      Nishi Naoya、Ikeda Yoichi、Sakka Tetsuo
    • 雑誌名

      Journal of Electroanalytical Chemistry

      巻: 817 ページ: 210~216

    • DOI

      10.1016/j.jelechem.2018.03.067

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Static Capacitance at the Electrochemical Liquid-liquid Interface Between Ionic Liquids and Eutectic Ga-In Alloy Measured Using the Pendant Drop Method2018

    • 著者名/発表者名
      NISHI Naoya、KOJIMA Yasuro、KATAKURA Seiji、SAKKA Tetsuo
    • 雑誌名

      Electrochemistry

      巻: 86 ページ: 38~41

    • DOI

      10.5796/electrochemistry.17-00081

    • 査読あり
  • [学会発表] 蓄電池へのラマン分光法の適用2019

    • 著者名/発表者名
      福塚友和, 安部武志
    • 学会等名
      先端分析講演会第五回分析基礎講座
    • 招待講演
  • [学会発表] その場ラマン分光法による黒鉛合剤電極内電解液の解析(2)2018

    • 著者名/発表者名
      塩田隆人, 宋熹燁, 福塚友和, 宮原雄人, 宮崎晃平, 安部武志
    • 学会等名
      2018年電気化学秋季大会
  • [学会発表] その場ラマン分光法による黒鉛合剤電極内電解液の解析(3)2018

    • 著者名/発表者名
      塩田隆人, 宋熹燁, 福塚友和, 宮原雄人, 宮崎晃平, 安部武志
    • 学会等名
      電気化学会第86回大会
  • [学会発表] その場ラマン分光法による黒鉛合剤電極内濃厚電解液の解析2018

    • 著者名/発表者名
      塩田隆人, 宮原雄人, 宮崎晃平, 福塚友和, 安部武志
    • 学会等名
      2018年度第3回関西電気化学研究会
  • [学会発表] 電気二重層の基礎と電池の界面2018

    • 著者名/発表者名
      福塚友和
    • 学会等名
      第48回電気化学講習会
    • 招待講演
  • [学会発表] 先進リチウムイオン電池のための炭酸プロピレン系電解液の基礎研究2018

    • 著者名/発表者名
      福塚友和, 宮原雄人, 宮崎晃平, 安部武志
    • 学会等名
      平成30年度次世代分散型エネルギー研究センター講演会
    • 招待講演

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公開日: 2019-12-27  

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