2021 Fiscal Year Annual Research Report
Studies of Li-Air Batteries Utilizing Seamless Activated Carbon Electrode and Metal/Metal-Oxide Catalyst
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19K04998
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
畠山 義清 群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (90633313)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
白石 壮志 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (40292627)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | リチウム空気電池 / カーボンナノチューブ / シームレス活性炭 / 酸化物触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度はカーボンナノチューブ（CNT）とシームレス活性炭を正極とするリチウム空気電池（LAB）について、放充電状態における小角・広角X線散乱、X線吸収分光のオペランド測定を集中的に行った。CNT電極については小角・広角X線散乱からアモルファス・結晶性の過酸化リチウム析出が観測され、これによる電極内のナノレベルの構造変化も確認された。また、シームレス活性炭電極については充電を補助するレドックスメディエータを電解液に添加した系の研究を行い、小角・広角X線散乱から細孔内への過酸化リチウム析出や、電解液の移動によると考えられる散乱強度変化を確認した。さらにレドックスメディエータに含まれる臭化物イオンについてX線吸収分光測定を行った結果から、電解液内で実際にメディエータとして働くイオンの価数変化を確かめ、その量を見積もることができた。
また、CNTやカーボンブラックをカーボンペーパー等に分散させた電極が多用される現状から、分散させる量を制御することで評価が正しく行われるかを確認した。実験からはある量以下において重量当たりの放電容量が急激に上昇し、下地であるカーボンペーパーが発現する容量も含めて評価してしまう危険性があることを確認した。そこで十分な量のCNTを分散させた電極を調製し、二酸化マンガン触媒の機能を評価した。二酸化マンガンは水熱合成によりCNT上に直接合成し、異種金属のドープも可能であることを確認している。このようにして調製した触媒担持CNTをLAB電極として評価し、二酸化マンガン触媒の最適担持量と異種金属ドープによる触媒能の改善を確認した。特にサイクル特性においては100回の放充電でも問題なく充電されることが明らかとなった。
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