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Elucidation of the function of discharge / charge reaction at the air electrode of lithium-air secondary battery using room-temperature ionic liquids

使用室温离子液体阐明锂空气二次电池空气电极的放电/充电反应功能

基本信息

批准号：
21K05253
负责人：
宇井幸一
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Iwate University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は電解質／空気極の界面設計に関する基礎的知見を得るため、空気極にケッチェンブラックを、電解質にアミド系イオン液体（IL）を用いたリチウム－空気二次電池（LABs）を作製し、以下の2つの項目を実施した。まず、電解質に室温域で液体である環式脂肪族カチオンとビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（TFSA）アニオンから成るILを用いたLABsを作製し、電解質の種類（有機溶媒系, IL系）がLABsの電気化学的特性と空気極の界面挙動に及ぼす影響を検討した。有機溶媒系と比べて、IL系の1サイクル目の放充電容量およびエネルギー効率は高かった。電気化学インピーダンス測定(EIS)を実施し、1サイクル目の充電後のナイキストプロットを得たところ、有機溶媒系の界面抵抗と比べ、IL系は低かった。これにより、IL系で生成される副生成物は充電による残存が少ないため、有機溶媒系よりも低い界面抵抗を維持できる可能性が示唆された。以上より、IL系では放電中に生成されたIL由来の副生成物は充電により効率的に分解されることで、良好な電池特性を示すと考えられる。次に、TFSAアニオンから成るILと比べ、低粘性率を示すビス（フルオロスルホニル）アミド（FSA）アニオンから成るILに展開して、電解質の種類（有機溶媒系, IL系）がLABsの空気極の界面挙動と放電生成物の関係を検討した。EISを実施し、1サイクル目の放電後のナイキストプロットを得たところ、有機溶媒系の界面抵抗と比べ、IL系は低かった。FE-SEM/EDXより、FSAアニオンの還元により、酸素、フッ素、硫黄を含む副生成物が均一に堆積している可能性が示唆された。以上より、FSAアニオンを有するILにおいても、アニオン由来の副生成物が空気極の表面を覆うが、電解質／空気極の界面抵抗が低いことから、LABs用電解質として適用できる可能性が示唆された。

This year, the basic knowledge of electrolyte/air electrode interface design was obtained, air electrode interface design, electrolyte system liquid (IL) application was carried out, and the following two items were implemented. The effects of electrolyte type (organic solvent system, IL system) on the electrochemical characteristics of LABs and the interfacial motion of air electrode were investigated. The organic solvent system has a higher discharge capacity than the organic solvent system and IL system. Electrical chemistry test (EIS) is performed, 1. The interface resistance of organic solvent system is lower than that of IL system. The by-products produced in the system are charged, and the organic solvent system is charged with low interfacial resistance. The above results show that the IL system has good battery characteristics, and the by-products of the IL system have good charging efficiency. Next, the relationship between the air electrode interface motion of LABs and the formation of lithium compounds was discussed. EIS is applied to the surface of the organic solvent system, and IL is applied to the surface of the organic solvent system. FE-SEM/EDX, FSA, and other by-products of sulfur and sulfur may be uniformly accumulated. The possibility of the above-mentioned factors, such as the presence of IL, the presence of by-products from the source, the surface coating of the air electrode, the interface resistance of the electrolyte/air electrode, and the application of electrolytes for LABs, is shown.