| 研究課題/領域番号 |
17J08120
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
下川 航平 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| キーワード | マグネシウム蓄電池 / 高エネルギー密度 / 中温作動 / スピネル型酸化物 / 溶媒和イオン液体 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は，高エネルギー密度を有しながら安全性にも優れた，中温（80-200℃程度）作動型マグネシウム蓄電池の実現に向けた，新規電解液および正極材料の開発を目的としている．
電解液の研究に関して，本年度は主に，Mg(TFSA)2 (TFSA: bistrifluoromethanesulfonil amide)とMgCl2をTriglyme (G3) 溶媒中に溶解させた電解液における，電気化学特性および溶媒和構造の濃度依存性を調査した．これら2つの塩とG3から成る希薄溶液中では，100℃程度の昇温下においてMg表面の不動態化によるMg溶解の過電圧が観測される一方で，高濃度溶液中ではMg溶解の過電圧が顕著に抑制されることが明らかとなった．またラマン分光分析により，このような高濃度溶液中では，Mgイオンの溶媒和構造が希薄溶液の場合から大きく変化していることが明らかとなった．そして，この溶媒和構造の変化により，高濃度溶液中ではTFSAの反応性が低減されたことが，Mgの不動態化抑制の起源であることが示唆された．
正極材料の研究に関して，本年度は主に，スピネル型酸化物の充放電時の体積変化率に着目した材料設計および充放電後の劣化機構解明に向けたデータの収集を行った．従来の組成であるMgCo2O4では，Mgの挿入により岩塩型構造に相転移する際の体積変化率が大きく，これが充放電時の劣化の一つの要因として考えられる．そこで，種々のスピネル型酸化物を合成し，充放電時の体積変化率が低減される組成の検討を行った．また，充放電による容量劣化の主な要因の特定に向けて，劣化後のサンプルに対して放射光を用いた粉末X線回折測定を行った．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
Mg(TFSA)2とMgCl2をG3中に溶解した電解液における電気化学特性の濃度依存性の要因を明らかにすることは，本研究における一つの大きな目的であった．これについて，特にラマン分光法による溶媒和構造の調査により，電解液の高濃度化によるMg電析・溶解の可逆性向上の起源が示唆され，今後の研究の基礎となる理解が得られた．正極に関しては，種々の組成のスピネル型酸化物の合成とその体積変化率に着目した整理により，サイクル特性の向上を目指した材料設計のための糸口を掴むことが出来た．よって，研究はおおむね順調に進展している．
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| 今後の研究の推進方策 |
電解液の研究に関しては，これまでの研究で得られた知見を元に，更なる性能向上および正極材料との相性の向上を目指した，塩と溶媒の新しい組み合わせを探査する予定である．正極の研究に関しては，充放電時の容量劣化の主な要因を特定し，より高い容量やサイクル特性を実現するスピネル型酸化物の組成や原子配置を検討する予定である．さらに，中温作動型マグネシウム蓄電池のプロトタイプ構築に向けて，作製した電解液と正極材料を組み合わせて評価することで，腐食性の確認や，構想する電池の起電力や作動温度の目標の明確化を行う．
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