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2020 年度 実績報告書

高エネルギー密度「カリウムイオン二次電池」の創製に向けた新規電解質の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19K15685
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

マセセ タイタス  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (70758466)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
キーワードカリウムイオン電池 / 電極材料 / 高電位 / 正極 / 電解質 / 高エネルギー密度
研究実績の概要

カリウムイオン二次電池は資源及びコスト面での優位性のみならず、現行のリチウムイオン二次電池に匹敵する高電圧電池系が実現可能であることから、次世代大型蓄電池の現実解として有望視されている。我々はカリウムイオン二次電池の研究開発において、新規電極材料として数多くの正極化合物を合成してきた。しかし、正極化合物の高電位域・高温域での作動に適合できる電解質がない。本研究では、高エネルギー密度カリウムイオン電池の創製を目指して、正極材料に適用する安定な電解質について研究を行った。
通常の有機系電解液を正極材料と組み合わせると高電位域で分解し、充放電寿命が短いことが問題であった。そこで、寿命を改善するために、イオン液体とりわけピロリジニウム塩を用いた電解質に着目したところ、様々な正極材料のサイクル特性の改善に有効であることが分かった。4 Vおよび5 V級の正極材料(ポリアニオン系化合物や層状型酸化物や有機系化合物)についても新規に合成し、カリウムイオン電池の高エネルギー密度化を図った。
また、カリウムイオンの正極への挿入脱離機構の検討を進めていた。高電位正極材料に適用できる安定な電解質を開発した結果、高エネルギー密度カリウムイオン電池の創製の可能が示された。本成果を発展させて、今後は開発した電解質に適合できる高電位正極材料の開発だけでなく、フルセル構築に向けた負極材料の開発にも取り組む予定である。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] チャルマース工科大学/スウェーデン王立工科大学/南京郵電大学(スウェーデン)

    • 国名
      スウェーデン
    • 外国機関名
      チャルマース工科大学/スウェーデン王立工科大学/南京郵電大学
    • 他の機関数
      3
  • [雑誌論文] A Potential Cathode Material for Rechargeable Potassium‐Ion Batteries Inducing Manganese Cation and Oxygen Anion Redox Chemistry: Potassium‐Deficient K0. 4Fe0. 5Mn0. 5O22020

    • 著者名/発表者名
      T. Masese、K. Yoshii、K. Tada、M. Kato、S. Uchida、K. Kubota、T. Ina, T. Okumura, Z. D. Huang、J. Furutani、Y. Orikasa、H. Senoh、S. Tanaka and M. Shikano
    • 雑誌名

      Energy Technology

      巻: 8 ページ: 2000039

    • DOI

      10.1002/ente.202000039

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] An idealised approach of geometry and topology to the diffusion of cations in honeycomb layered oxide frameworks2020

    • 著者名/発表者名
      G. M. Kanyolo and T. Masese
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 ページ: 13284

    • DOI

      10.1038/s41598-020-70019-9

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Electric Double‐Layer Capacitors Based on Non‐Aqueous Electrolytes: A Comparative Study of Potassium and Quaternary Ammonium Salts2020

    • 著者名/発表者名
      S. Uchida and T. Masese
    • 雑誌名

      Batteries & Supercapacitors

      巻: 3 ページ: 392-396

    • DOI

      10.1002/batt.201900226

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Magnetism and Ion Diffusion in Honeycomb Layered Oxide K2Ni2TeO6: First Time Study by Muon Spin Rotation & Neutron Scattering2020

    • 著者名/発表者名
      N. Matsubara, E. Nocerino, O. K. Forslund, A. Zubayer, K. Papadopoulos, D. Andreica, J. Sugiyama, R. Palm, Z. Guguchia, S.P. Cottrell, T. Kamiyama, T. Saito, A. Kalaboukhov, Y. Sassa, T. Masese and Mansson
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 ページ: 18305

    • DOI

      10.1038/s41598-020-75251-x

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] ハニカム層状構造を持つKイオン電池正極材料のSTEMによる原子構造直接観察2020

    • 著者名/発表者名
      宮﨑 吉宣, 高橋 照央, 伊藤 美優, 齋藤 智浩, マセセ タイタス, 妹尾 博
    • 学会等名
      第61回電池討論会
  • [学会発表] Advancing Materials Research for Potassium-Ion Technology2020

    • 著者名/発表者名
      マセセ タイタス
    • 学会等名
      The International Web Symposium of Advanced Battery and Fuel Cell Technology
    • 招待講演
  • [学会発表] Bis(trifluoromethanesulfonyl)Amide-Based Room Temperature Ionic Liquid for Potassium-Ion Batteries2020

    • 著者名/発表者名
      吉井 一記, マセセ タイタス, 鹿野 昌弘
    • 学会等名
      PRiME2020
    • 国際学会
  • [学会発表] ハニカム層状酸化物の固相合成2020

    • 著者名/発表者名
      Josef Rizell, マセセ タイタス, Godwill Kanyolo, Zhen-Dong Huang, 妹尾 博, Yasmine Sassa
    • 学会等名
      電気化学会第87回大会
  • [学会発表] ハニカム構造を有するカリウム含有層状酸化物の電気化学特性、トポロジーおよび相変化挙動2020

    • 著者名/発表者名
      マセセ タイタス, Josef Rizell, Godwill Kanyolo, 加藤 南, 内田 悟史, Zhen-Dong Huang, Yasmine Sassa, 妹尾 博
    • 学会等名
      電気化学会第87回大会
  • [産業財産権] デュアルイオン電池2020

    • 発明者名
      吉井一記、マセセ タイタス、松本一
    • 権利者名
      国立研究開発法人産業技術総合研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2020-111297

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公開日: 2021-12-27  

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