| 研究課題/領域番号 |
18H02073
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
中西 周次 大阪大学, 太陽エネルギー化学研究センター, 教授 (40333447)
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| 研究分担者 |
松田 翔一 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, 主任研究員 (30759717)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | リチウム空気電池 |
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| 研究実績の概要 |
非水系リチウム空気電池においては、放電生成物として電子伝導性の低いLi2O2が正極上に形成されることが原因で、理論的に期待される大きな放電容量が得られていない。しかし、申請者は、反応中間体の正極への吸着特性が使用する電解質溶液と陽極基材の「組合せ」に強く依存し、好適な組合せの場合には、Li2O2の形成機構の変化を伴って充放電容量が飛躍的に向上することを見出してきた。本研究では、この発見を手がかりにLi2O2の形成機構を解明し、リチウム空気電池の放電容量向上のための基本設計指針を得ることを目的としている。
昨年度において、正極の表面修飾により、MeCN溶媒中において放電容量が飛躍的に向上することを見出した。この成果を踏まえ、今年度は、放電容量の向上を導く反応吸着種を特定するためのアプローチを開始した。より具体的にはMeCN溶媒に異種溶媒を混合させ、放電容量の正極電位依存性を追跡した。一般に、電極表面吸着種の吸着状態ならびに吸着量は正極電位に依存する。このことから、正極電位依存性を詳細に追跡することにより、反応吸着種の絞り込みが可能になると考えた。実際に、放電容量の増加を導かない異種溶媒との混合溶媒中において実験を行い、その混合比依存的に放電容量―放電電位依存性が変化することが認められた。また、混合溶媒中の溶液種のラマン分光法による特定を行った。さらにハイスループット評価システムの活用を通した混合溶媒探索も進んでいる。こうした試みを通して、電極表面状態と放電容量との関係性に関するデータ蓄積が進んできたことから、今後は、キーとなる反応中間体の特定に注力する。
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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
昨年度に得られた成果（正極の表面修飾による高容量化）を元に、本年度はこの電極を使用し、MeCN溶媒に異種溶媒を混合させて放電容量の電位依存性を追跡した。このアプローチにより、溶媒種ならびに正極電位に依存して放電容量が変化することが見出されている。この結果は、表面容量を決定づける表面吸着種の状態が放電環境により変調できることを意味しており、今後、表面吸着種の特定に向けた実験設計上の重要な基礎データとなった。またラマン分光を使用した放電反応種の追跡も今年度より出来るようになり、最終年度に向けて環境は整ってきたと言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの2年間の研究を通して得られた知見を踏まえ、最終年度は、さらなる基礎データの蓄積を図ると共に、放電容量を決定づける反応種の特定に尽力する。具体的には、2019年度に立ち上げたラマン分光評価系を積極的に活用し、種々の溶媒、正極、添加剤を用いた際の放電容量特性を確認する。本研究ではMeCN溶媒を標準系として採用するが、この実験を通して得られた知見が広く他の電解液系へと水平展開可能な形となるよう、得られる結果の体系化に取り組む。
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