カーボン複合材料を用いた多価イオン電池の室温動作化・高速充放電化メカニズムの解明

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21K14711
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分36020:エネルギー関連化学
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 沖田 尚久 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70846625)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 多価イオン電池 / 正極材料 / カーボン複合体 / 室温動作 / 高速充放電 / ナノ材料 / 固溶体反応 / Dual-salt電解液

研究成果の概要

マグネシウムイオン電池において室温かつ高速充放電条件(充放電時間6分)で可逆に動作可能なリン酸鉄内包型カーボン複合体およびリン酸バナジウム/カーボン複合体正極の創製に成功した。高速充放電化のためには、ナノ結晶が導電性カーボンと高分散に直接接合した正極材料と、Dual-salt電解液のようにマグネシウムイオンが正極に近づきやすい溶媒和構造を有する電解液の組合せが重要であることを明らかにした。創製した正極材料はマグネシウムイオン電池において二相共存反応ではなく固溶体反応を介して充放電が進行していることも明らかにした。このような反応挙動の変化によって、室温動作・高速充放電を実現したことが示唆された。

自由記述の分野

電気化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

マグネシウムイオン電池において、困難であった室温動作および高速充放電を達成したカーボン複合体材料をモデルに、その要因を明らかにすることで、高速充放電化のための材料設計・電解液/電極界面設計の指針を得ることが可能となる。本指針はマグネシウムイオン電池やリチウムイオン電池に限らず、カルシウム、亜鉛、アルミニウムなどの様々な多価イオン電池にも展開が可能であり、それらの超高速正極の設計指針や反応挙動の知見を提供するものとして、波及効果は大きいと考えられる。