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2020 年度 実施状況報告書

高電圧カリウム二次電池用電解液の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19K15686
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

吉井 一記  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, 研究員 (80735960)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード電解液 / イオン液体 / カリウム電池 / 金属負極 / 高電位正極
研究実績の概要

本研究は、次世代蓄電池として注目されているカリウム二次電池の電解液に関して(1)電解液のスクリーニングと体系化、(2)新規添加剤の設計・合成を行うことで、高電位正極と負極に適合する電解液を開発することを目的としている。
(1)について、前年度までの研究において、イオン液体を用いた電解液系が金属カリウムの可逆な析出溶解が可能であり、4V級の正極材料および金属カリウムからなる電池を構築した際に良好なサイクル特性を示すことを明らかにした。そこで本年度では、有機電解液系のスクリーニングを実施した。正極材料としてK2Ni2-xCoxTeO6系の正極を用いて充放電試験を実施したところ、電解質を高濃度に溶解した濃厚系電解液が良好なサイクル特性を示すことが明らかになった。サイクル特性が向上した理由としては、通常濃度系の電解液の場合と比較して、負極上でのクーロン効率が上昇したことが考えられる。また、正極上での被膜形成なども関係していると考えられ、詳細についてはさらに検討を進める予定である。
(2)について、添加剤の合成に着手した。想定した化合物のカリウム塩は精製等に問題があり、電池試験への応用は行えていない。一方、比較として作製したナトリウム塩については良好に合成を行うことができた。文献などを調査すると、ナトリウム塩についてもあまり研究実施例がなく、カリウム系と比較することで、学術的に意義のある研究が展開できると考えている。

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

当初の計画通り、高電圧カリウム二次電池用の有機電解液についてスクリーニングを行い、順調に研究を進めることができた。添加剤についても合成については目処が立っており、ナトリウム系と比較することで新たな展開も期待できると考えている。

今後の研究の推進方策

当初の計画通りに進んでいるため、基本的な計画に変更はない。
電解液のスクリーニングについては、これまでに得られた結果を論文としてまとめることを考えている。添加剤については合成を最優先し、電池試験への応用、電解液の物性評価などを進める予定である。

次年度使用額が生じた理由

研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行したため当初の見込み額と執行額が異なった。
研究計画に変更はなく、前年度の研究費も含め、当初予定通りの計画を進めていく。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] ピロリジニウム型イオン液体の構造物性相関とカリウム二次電池への応用2021

    • 著者名/発表者名
      吉井一記
    • 雑誌名

      溶融塩および高温化学

      巻: 64 ページ: 25-32

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The effects of the position of the ether oxygen atom in pyrrolidinium-based room temperature ionic liquids on their physicochemical properties2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshii Kazuki, Uto Takuya, Tachikawa Naoki, Katayama Yasushi
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 22 ページ: 19480-19491

    • DOI

      10.1039/d0cp02662j

    • 査読あり
  • [学会発表] ピロリジニウム型イオン液体の構造物性相関とカリウム二次電池への応用2021

    • 著者名/発表者名
      吉井一記
    • 学会等名
      溶融塩委員会第204回定例委員会
    • 招待講演
  • [学会発表] 非水電解液系における金属電析および金属ナノ粒子作製とエネルギーデバイスへ の応用に関する研究2021

    • 著者名/発表者名
      吉井一記
    • 学会等名
      電気化学会第88回大会
    • 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
      Yoshii Kazuki, Masese Titus, Shikano Masahiro
    • 学会等名
      PRiME2020
    • 国際学会

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公開日: 2021-12-27  

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