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2014 年度 実施状況報告書

イオン液体含有疑似固体電解質を利用した全固体型多価イオン金属二次電池の開発

研究課題

研究課題/領域番号 25630437
研究機関東北大学

研究代表者

宇根本 篤  東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 講師 (10551525)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワードイオン液体 / 疑似固体電解質 / 蓄電池 / 金属負極 / 硫黄正極 / 高エネルギー密度 / 多価イオン電池 / 錯体水素化物固体電解質
研究実績の概要

本研究では,次世代型電池の候補である全固体型多価イオン金属二次電池への適用を目指し,従来の液系よりも安定かつ安全で取り扱いの簡便な固体電解質の開発を目的としている.昨年度までは,イオン液体が固体表面で“疑似的に固体化される”という特異な界面現象を利用した固体電解質開発とその電池への適用に取り組んだ.硫黄系正極と金属リチウム負極を利用した全固体電池を作製して,これが安定に繰り返し動作することを確認した.本年度は,電極・電解質の最適化に加え,Mg電池へ適用可能な固体電解質組成を広げて新たなデバイスコンセプトを提案することを目的とし,錯体水素化物系固体電解質を利用した電池の開発に取り組んだ.液系電池において,活性化障壁の大きいことが知られている脱溶媒和過程を,無機固体電解質を利用する事で除外し,低抵抗かつ繰り返し動作が可能な全固体型多価イオン金属電池が開発できると考えたためである.錯体水素化物固体電解質は従来,還元剤にも利用されるように,還元能が高いため,卑な電位の金属負極の適用を可能にし,高エネルギー密度が達成できる可能性がある.本年度は,LiBH4錯体水素化物固体電解質をモデルとして全固体電池に実装した.正極にはその素性がよく知られているTiS2を,負極には金属Liを利用し,LiBH4固体電解質の電池への適用可能性を検討した.この結果,この固体電池は繰り返し放充電に対して,安定に動作した.また,Li電池とMg電池いずれにおいても高エネルギー密度化を達成し得る正極として硫黄の適用を試みた.本研究課題でこれまでに蓄積した硫黄と炭素のナノ界面構造制御技術を駆使し,LiBH4固体電解質,金属Li負極をそれぞれ適用することにより,少なくとも45回の繰り返し動作に対して安定に動作し,放電容量700 mAh g-1,エネルギー密度1410 Wh kg-1を達成した.

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

全固体電池の高エネルギー密度化を可能にする硫黄正極と炭素のナノ界面構造制御技術が確立できた.また,本年度より新たに取り組んだ錯体水素化物固体電解質を利用した全固体電池リチウム硫黄電池が安定に動作し,新しいデバイスコンセプトの有用性が証明できた.

今後の研究の推進方策

これまでに,イオン液体と酸化物ナノ粒子からなる疑似固体電解質や新規錯体水素化物固体電解質を利用した全固体電池の開発に取り組んできた.最終年度である平成27年度は,これをマグネシウム電池系へ展開し,本研究課題で提案するデバイスコンセプトの有用性を検証する.

次年度使用額が生じた理由

次年度使用は,今年度に計画していた研究項目を効率良く進めたために発生したものである.

次年度使用額の使用計画

新しい固体電解質や電極材料開発に充て,幅広い組成での研究データを拡充する.

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (10件) (うち招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Complex hydrides for electrochemical energy storage2014

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Unemoto, Motoaki Matsuo, Shin-ichi Orimo
    • 雑誌名

      Advanced Functional Materials

      巻: 24 ページ: 2267-2279

    • DOI

      10.1002/adfm.201303147

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of bulk-type all-solid-state lithium-sulfur battery using LiBH4 electrolyte2014

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Unemoto, Syun Yasaku, Genki Nogami, Masaru Tazawa, Mitsugu Taniguchi, Motoaki Matsuo, Tamio Ikeshoji, Shin-ichi Orimo
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 105 ページ: 083901

    • DOI

      10.1063/1.4893666

    • 査読あり
  • [学会発表] Complex hydrides as solid-state electrolytes for rechargeable batteries2015

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Unemoto, Motoaki Matsuo, Tamio Ikeshoji, Shin-ichi Orimo
    • 学会等名
      化学工学会第80年会(国際シンポジウム)
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-03-19 – 2015-03-21
    • 招待講演
  • [学会発表] 錯体水素化物固体電解質を利用した次世代型全固体蓄電池の開発2014

    • 著者名/発表者名
      宇根本篤,松尾元彰,折茂慎一
    • 学会等名
      金属材料研究所第128回講演会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2014-11-28 – 2014-11-28
  • [学会発表] Complex hydrides for all-solid-state energy devices2014

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Unemoto, Motoaki Matsuo, Tamio Ikeshoji, Shin-ichi Orimo
    • 学会等名
      Second International Conference of Young Researchers on Advanced Materials (IUMRS-ICYRAM 2014)
    • 発表場所
      Haikou, China
    • 年月日
      2014-10-24 – 2014-10-29
    • 招待講演
  • [学会発表] 錯体水素化物固体電解質を利用した次世代全固体リチウム電池の開発2014

    • 著者名/発表者名
      宇根本篤,松尾元彰,池庄司民夫,折茂慎一
    • 学会等名
      日本金属学会水素化物に関わる次世代学術・応用展開研究会第1回研究会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2014-10-22 – 2014-10-22
  • [学会発表] Complex hydrides for all-solid-state rechargeable battery electrolytes2014

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Unemoto, Motoaki Matsuo, Tamio Ikeshoji, Shin-ichi Orimo
    • 学会等名
      Eleventh International Conference on Flow Dynamics
    • 発表場所
      Sendai
    • 年月日
      2014-10-08 – 2014-10-10
    • 招待講演
  • [学会発表] 錯体水素化物固体電解質を用いた高エネルギー密度型バルク全固体Li-S電池の開発2014

    • 著者名/発表者名
      宇根本篤,矢作駿,野上玄器,田沢勝,谷口貢,松尾元彰,池庄司民夫,折茂慎一
    • 学会等名
      2014年電気化学会秋季大会
    • 発表場所
      北海道
    • 年月日
      2014-09-27 – 2014-09-28
  • [学会発表] 錯体水素化物固体電解質を用いた高エネルギー密度型バルク全固体リチウムー硫黄電池の開発2014

    • 著者名/発表者名
      宇根本篤,矢作駿,野上玄器,田沢勝,谷口貢,松尾元彰,池庄司民夫,折茂慎一
    • 学会等名
      日本金属学会2014年秋期講演大会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2014-09-24 – 2014-09-26
  • [学会発表] Complex hydrides for electrochemical energy storage2014

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Unemoto
    • 学会等名
      AIMR Tohoku University–NCTU Joint Workshop on Fusion of Mathematics, Nano-Materials, and Nano-Devices
    • 発表場所
      Hsinchu, Taiwan
    • 年月日
      2014-09-22 – 2014-09-23
  • [学会発表] Advanced research on complex hydrides for electrochemical energy storage2014

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Unemoto, Syun Yasaku, Motoaki Matsuo, Genki Nogami, Masaru Tazawa, Mitsugu Taniguchi, Tamio Ikeshoji, Shin-ichi Orimo
    • 学会等名
      1st International Symposium on Energy Challenges & Mechanics
    • 発表場所
      Aberdeen, UK
    • 年月日
      2014-07-08 – 2014-07-10
    • 招待講演
  • [学会発表] Complex hydride electrolytes for all-solid-state rechargeable battery2014

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Unemoto, Motoaki Matsuo, Tamio Ikeshoji, Shin-ichi Orimo
    • 学会等名
      Took University & GREEN Joint Symposium (The 8th GREEN Symposium)
    • 発表場所
      Tsukuba
    • 年月日
      2014-06-02 – 2014-06-03

URL: 

公開日: 2016-05-27  

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