高性能亜鉛二次電池に向けた電解液材料の開発

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K15389
• 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: 陳 致堯 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, 産総研特別研究員 (20773435)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 水和物溶融体 / イオン液体 / 多価金属電池 / 亜鉛 / 電析

研究実績の概要

高性能な亜鉛空気、亜鉛イオン二次電池の特性を最大限に発揮するため、亜鉛金属を均一に析出溶解させる水系電解液材料を開発し、正極材料の特性と正極における電気化学反応に合わせて、電解液の更なる改良を行った。H30年に開発した塩化亜鉛水和物溶融体をベースに臭化カリウムを添加することで、臭化物イオンと塩化物イオンの酸化還元反応を利用した新規亜鉛二次電池を考案した。正極材料としては大量生産に適する黒鉛電極を用いて、電極反応では可逆的なハロゲン系黒鉛層間化合物が形成されることを確認した。また、複数の酸化還元を活用したことによって、従来の一般的な水系亜鉛二次電池より大容量（257 mAh/g）であり、かつ平均作動電圧が高いこと（1.71 V）を確認した。水系亜鉛二次電池以外に、ナトリウム二次電池、カリウム二次電池及びアルミニウム二次電池用のイオン液体系電解液の開発も行った。イオン液体の優れた電気化学安定性を利用して、ハニカム型層状構造を有する高電圧正極材料及びアルミニウム金属の可逆的酸化還元反応を達成した。

研究成果

• [雑誌論文] Honeycomb layered oxides: structure, energy storage, transport, topology and relevant insights (2021)
  • 著者名/発表者名: Kanyolo Godwill Mbiti、Masese Titus、Matsubara Nami、Chen Chih-Yao、Rizell Josef、Huang Zhen-Dong、Sassa Yasmine、M?nsson Martin、Senoh Hiroshi、Matsumoto Hajime
  • 雑誌名: Chemical Society Reviews 巻: 50 ページ: 3990～4030
  • DOI: 10.1039/D0CS00320D
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High-voltage honeycomb layered oxide positive electrodes for rechargeable sodium batteries (2020)
  • 著者名/発表者名: Chen Chih-Yao、Rizell Josef、Kanyolo Godwill Mbiti、Masese Titus、Sassa Yasmine、M?nsson Martin、Kubota Keigo、Matsumoto Kazuhiko、Hagiwara Rika、Xu Qiang
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 56 ページ: 9272～9275
  • DOI: 10.1039/D0CC03021J
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] An Energy‐Dense Solvent‐Free Dual‐Ion Battery (2020)
  • 著者名/発表者名: Chen Chih‐Yao、Matsumoto Kazuhiko、Kubota Keigo、Hagiwara Rika、Xu Qiang
  • 雑誌名: Advanced Functional Materials 巻: 30 ページ: 2003557～2003557
  • DOI: 10.1002/adfm.202003557
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Zinc-Dual‐Halogen Battery with a Molten Hydrate Electrolyte (2020)
  • 著者名/発表者名: Liu Hongwen、Chen Chih‐Yao、Yang Hao、Wang Yu、Zou Lianli、Wei Yong‐Sheng、Jiang Jialong、Guo Jiachen、Shi Wei、Xu Qiang、Cheng Peng
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 32 ページ: 2004553～2004553
  • DOI: 10.1002/adma.202004553
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Potassium Single Cation Ionic Liquid Electrolyte for Potassium-Ion Batteries (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Hiroki、Chen Chih-Yao、Kubota Keigo、Matsumoto Kazuhiko、Hagiwara Rika
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 124 ページ: 6341～6347
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.0c03272
  • 査読あり
• [雑誌論文] Potassium Difluorophosphate as an Electrolyte Additive for Potassium-Ion Batteries (2020)
  • 著者名/発表者名: Yang Huan、Chen Chih-Yao、Hwang Jinkwang、Kubota Keigo、Matsumoto Kazuhiko、Hagiwara Rika
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 12 ページ: 36168～36176
  • DOI: 10.1021/acsami.0c09562
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inorganic AlCl3?alkali metal thiocyanate ionic liquids as electrolytes for electrochemical Al technologies (2020)
  • 著者名/発表者名: Chen Chih-Yao、Tsuda Tetsuya、Kuwabata Susumu
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 56 ページ: 15297～15300
  • DOI: 10.1039/D0CC06547A
  • 査読あり