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2018 年度 実績報告書

硫黄-有機化合物共重合体の多様化とそのマグネシウム二次電池用正極材料への応用展開

研究課題

研究課題/領域番号 16H04647
研究機関山口大学

研究代表者

堤 宏守  山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (90211383)

研究分担者 上野 和英  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 特任教員(准教授) (30637377)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード硫黄 / 二次電池 / 硫黄正極 / 共重合体
研究実績の概要

本研究の実績は、以下のように要約できる。
(1)硫黄-有機化合物共重合体の合成を、硫黄と各種アルケニル化合物やジハロアルカン化合物を用い行うと共に、得られた共重合体の構造を各種分光法等により明らかにした。得られた共重合体は、硫黄に熱開裂によるビラジカル生成、このビラジカルによるアルケニル化合物の二重結合への反応により得られることが明らかとなった。これらの構造は、NMR、IRなどから明らかとなった。また、分子量は約2000程度(ポリスチレン換算)であることも明らかとなった。
(2) (1)において合成した各共重合体の有機電解液中における電気化学的特性を調査し、これにより電池用正極材料として可能性のある共重合体を選別し、(3)で用いた。得られた共重合体は有機溶媒に可溶で有り、この溶液を用いてケッチェンブラックの持つ空孔に共重合体を内包させることができた。内包されていることの確認は、TEM観察及びEDS分析から明らかとなった。共重合体とケッチェンブラックを複合化した電極を用いて電気化学測定を行ったところ、共重合体の持つポリスルフィド鎖の還元、再酸化反応に対応する電気化学応答が得られた。また、複数の還元ピークが観察されたことから、硫黄の電気化学的還元時に見られる多段階反応が同様に起こっていることが示唆された。
(3)(2)において選別した共重合体を正極に用いたリチウムあるいはマグネシウム二次電池を試作し、充放電試験を行った。硫黄単独の正極に匹敵する高容量を得ることができた。また、充放電サイクルに伴う容量低下を抑制するために、後架橋処理を行ったところ、容量低下をある程度抑制可能なことが明らかとなった。なお、今回、マグネシウム電解液系における評価が艱難であったため、リチウム電解液系を中心に用いて評価を行った。マグネシウム系電解液を用いた二次電池への展開は、今後の課題と考えている。

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

    (3件)

すべて 2018

すべて 学会発表 (3件)

  • [学会発表] 種々の硫黄鎖長をもつ有機硫黄化合物のリチウム硫黄電池正極材料への応用2018

    • 著者名/発表者名
      橋本啓太郎、片山 祐、堤 宏守
    • 学会等名
      第33回中国四国地区高分子若手研究会
  • [学会発表] 有機硫黄化合物を正極材料とするLi-S 電池における硫黄鎖長の電池特性への影響2018

    • 著者名/発表者名
      橋本啓太郎、片山 祐、堤 宏守
    • 学会等名
      2018年日本化学会中国四国支部大会
  • [学会発表] 層間を有する高分散性エッジ剥離黒鉛への硫黄導入法の検討とそのLiS電池正極としての応用2018

    • 著者名/発表者名
      上杉 奈菜美、片山 祐、野里 省二、中谷 博之、上野 和英、堤 宏守
    • 学会等名
      2018年電気化学秋季大会

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公開日: 2019-12-27  

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