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2020 年度 実績報告書

カリウムイオン電池の急速充放電を実現する有機電解液および正極材料の創製

研究課題

研究課題/領域番号 20J13077
研究機関東京理科大学

研究代表者

保坂 知宙  東京理科大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2022-03-31
キーワードカリウムイオン電池 / 炭素材料 / 不働態被膜 / プルシアンブルー類似体 / 有機電解液
研究実績の概要

本研究では、新奇蓄電デバイスとしてカリウムイオン電池に注目し、電解液が黒鉛負極の反応速度に与える影響を調査した。さらに、速度性能に優れる正極材料を開発するために、プルシアンブルー類似体正極材料の速度性能に各因子が与える影響を明らかにした。
カリウムイオン電池用電解液の設計に関しては、電解質塩としてヘキサフルオロリン酸カリウムとカリウムビス(フルオロスルホニル)アミドを混合した電解液を始めとする複数の有望な電解液組成を見出した。具体的には、黒鉛負極において満充電の80%の容量を得るのに必要な時間が、新たに開発した混合塩電解液中では既報のヘキサフルオロリン酸カリウム電解液を用いた場合の5分の1になることを実証した。また、混合塩電解液中で抵抗の小さい不働態被膜が生成していることが、この急速充放電特性に寄与していることを明らかにした。
正極材料のカリウムマンガン系プルシアンブルー類似体について、MnをFeやNi等の遷移金属へ部分的に置換したものの、急速充放電特性の改善効果は限定的であった。一方、結晶中に15%のフェロシアン化物空孔を含む試料をNa体からのイオン交換法により合成した結果、非常に良好な急速充放電特性を示すことを見出した。電気化学測定と密度汎関数理論計算より、空孔がカリウムイオン拡散を促進することが示唆され、これが良好な急速充放電特性に寄与していると考察した。
以上より、カリウムイオン電池用電解液の急速充放電を実現する電解液および正極材料を見出し、カリウムイオン電池の急速充放電特性を実証した。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Technical University of Munich(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Technical University of Munich
  • [雑誌論文] Effect of Particle Size and Anion Vacancy on Electrochemical Potassium Ion Insertion into Potassium Manganese Hexacyanoferrates2021

    • 著者名/発表者名
      Hosaka Tomooki、Fukabori Taiga、Kojima Haruka、Kubota Kei、Komaba Shinichi
    • 雑誌名

      ChemSusChem

      巻: 14 ページ: 1166~1175

    • DOI

      10.1002/cssc.202002628

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of KPF6/KFSA Binary-Salt Solutions for Long-Life and High-Voltage K-Ion Batteries2020

    • 著者名/発表者名
      Hosaka Tomooki、Matsuyama Tatsuo、Kubota Kei、Yasuno Satoshi、Komaba Shinichi
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 12 ページ: 34873~34881

    • DOI

      10.1021/acsami.0c08002

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] KFSA/glyme electrolytes for 4 V-class K-ion batteries2020

    • 著者名/発表者名
      Hosaka Tomooki、Matsuyama Tatsuo、Kubota Kei、Tatara Ryoichi、Komaba Shinichi
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry A

      巻: 8 ページ: 23766~23771

    • DOI

      10.1039/D0TA08851J

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 4V級カリウムイオン電池用有機電解液の開発2021

    • 著者名/発表者名
      保坂知宙、松山達央、久保田圭、多々良涼一、駒場慎一
    • 学会等名
      電気化学会第88回大会、オンライン開催、1I20
  • [学会発表] 金属カリウムによる有機電解液の不純化がカリウムイオン電池特性に与える影響2021

    • 著者名/発表者名
      多々良涼一、松山達央、保坂知宙、久保田圭、安野聡、駒場慎一
    • 学会等名
      電気化学会第88回大会、オンライン開催、1I21
  • [学会発表] カリウムイオンキャパシタ用黒鉛負極のプレドープ用正極添加剤の研究2020

    • 著者名/発表者名
      小串映人、保坂知宙、久保田圭、多々良涼一、梅津和照、岡田宣宏、駒場慎一
    • 学会等名
      第47回炭素材料学会年会、オンライン開催、1G16
  • [学会発表] Development of nonaqueous electrolytes for K-ion batteries2020

    • 著者名/発表者名
      Shinichi Komaba, Tomooki Hosaka, Kei Kubota, Tatsuo Matsuyama
    • 学会等名
      2020 International Battery Association (IBA2020), オンライン開催
    • 国際学会
  • [学会発表] カリウムイオン電池用正極材料K6(VO)2(V2O3)2(PO4)4(P2O7)の合成と電気化学特性2020

    • 著者名/発表者名
      小原未来、A.Shahul Hameed、久保田圭、保坂知宙、加藤木晶大、智原久仁子、駒場慎一
    • 学会等名
      第61回電池討論会、オンライン開催、2B14
  • [学会発表] カリウム塩ハイドレートメルトを電解液に用いる2V級水系カリウムイオン電池の作製2020

    • 著者名/発表者名
      高橋璃衣、保坂知宙、地口健人、久保田圭、多々良涼一、松田有希、井田和彦、大久保毅、 久芳完治、林年始、駒場慎一
    • 学会等名
      第61回電池討論会、オンライン開催、2B12
  • [学会発表] Effect of Particle Size and Anion Vacancies on Electrochemical Performances of Potassium Manganese Hexacyanoferrate for Potassium-Ion Batteries2020

    • 著者名/発表者名
      T.Hosaka, T.Fukabori, K.Kubota, H.Kojima, Y.Ito, T.Inose, H.Inoue, M.Takeuchi, S.Komaba
    • 学会等名
      PACIFIC RIM MEETING ON ELECTROCHEMICAL AND SOLID STATE SCIENCE (PRiME2020), HAWAII(USA) オンライン開催, #A02-0170
    • 国際学会
  • [備考] リチウムイオン二次電池の欠点を克服する、新たな二次電池の開発を目指して

    • URL

      https://www.tus.ac.jp/today/archive/20200115003.html

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公開日: 2021-12-27  

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