| 研究課題/領域番号 |
26289280
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
市坪 哲 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40324826)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | ロッキングチェア型 / 二塩蓄電池 / マグネシウムリチウム蓄電池 / デンドライトフリー / 二液電池 |
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| 研究実績の概要 |
本申請研究では，ポストリチウムイオン電池の開発という位置づけで，マグネシウムなどの多価金属を負極に用いた二塩蓄電池および二液蓄電池という全く新しい蓄電池の概念を提案する．一般に多価金属イオンを挿入できる正極材料は稀にしか存在しない（マグネシウム系ではシェブレル化合物のみである）ので，電池系の多様性が極めて少ない．ここで提案する二塩蓄電池，二液蓄電池に共通する概念は，二種類の金属カチオンをキャリアとして働かせることにある．これにより元素戦略，大型エネルギー蓄電，出力密度などの問題をクリアできる．
本年度は，二液の組み合わせを，種々のカチオン塩（NaCl, KCl, MgSO4，CuSO4，MgCl2など）とH2OとTHFなどの溶媒を用いて検討したが，THFと水溶液および硫酸銅と硫酸マグネシウムの組み合わせで塩析分離できることが明らかとなった．水溶液中には高濃度のカチオンイオンが存在できるが，有機溶媒中ではその濃度は水溶液中濃度と比較して極めて低いため，何らかの工夫が必要であることが分かった．ただし，有機溶媒中に過渡的にでも十分なカチオン濃度が存在する場合には，充放電が可能であることも示された．よって二液電池は有機溶媒中のカチオン濃度を上昇させることができれば可能性はあると考えられる．一方，二塩蓄電池の系では，MgCo2O4などのスピネル酸化物が，100-150度の温度でMgを収容できることが分かったので，それらをカソードとして使い，ロッキングチェア型の二塩蓄電池の試作を行った．Mg-Li合金負極と組み合わせて充放電させたところ，2.5V程度の起電力を発生することが分かった．また酸化物正極活物質のホール測定などの物性測定を試みた．
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| 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
二液系は，カチオンの水溶液および有機溶媒における分配係数が異なることが問題となり，難しい状況であるが，二塩系はロッキングチェア型の電池試作まで行った．これらは論文にもなっており，おおむね良好といえる．
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| 今後の研究の推進方策 |
ロッキングチェア型の二塩蓄電池の進行がおおむね良好であるため，この最終年度はロッキングチェア型のMg-Li二塩蓄電池の実現可能性を追求する．そのためには，負極側の充放電に伴うデンドライト析出挙動が以下に抑制されるかを系統的に研究し，またMgとLiカチオンが収容できる比率を検討する必要がある．また場合によっては，カソードの選択をマグネシウム蓄電池用の正極に限定する方向にこれまで考えてきたが，発想の転換をして，リチウム電池用のカソードを利用しながらロッキングチェア型にすることも検討する予定である．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
消耗品関連（電解液の購入、試薬や試料作成費用など）に関してきわめて効率的な利用を心掛けたため、具体的にはなるべく廃棄せずに利用を繰る返すなどして消耗品の購入量を減らした。
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| 次年度使用額の使用計画 |
種々の電解液の購入や装置の改良などに当てる予定
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