Formation of disulfide bonds by photooxidation at solid-liquid interface and application to photocharged secondary batteries

固液界面光氧化形成二硫键及其在光充电二次电池中的应用

基本信息

批准号：
21H02052
负责人：
藤原明比古
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Kwansei Gakuin University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

外部充電不要な小型電子機器が実現すれば、情報通信技術（ICT）やIoT機器の利便性、メンテナンス性が飛躍的に向上する。現在、太陽電池と二次電池とを組み合わせた電子機器は存在するが、機器が大型化し、携帯型電子機器への応用は困難である。本研究の目的は、外部電源がなくても使用可能な小型電子機器の実現に向け、光による充電機能を有する二次電池正極材料を開発し、光充電できる電池を作製することである。具体的には、ジチオビウレット（DTB）をベースとした有機硫黄材料のジスルフィド結合（S-S結合）の電気化学的充放電（酸化還元）、光充電（酸化）について多様な分析手法を駆使し、（１）高効率光酸化条件の決定、（２）電池セル内光化学反応の機構解明、（３）外部充電不要な光充電の作製、のステップで研究を進める。初年度（2021年度）は、硫黄含有分子を集電材に塗布するためのスラリー（正極活物質、導電助剤、バインダ、溶媒の混合物）作製のために、材料混合用の粉砕機を設備備品として購入した。粉砕機の粉砕強度、粉砕時間により正極電極性能が大きく異なることが明らかになり、その最適化を行い、標準試料となる無機物質においては理論値通りの容量を示す正極シートの作製に成功した。研究対象となる有機活物質においては、低い伝導性の問題を回避するために導電助剤の割合を多くする必要があるが、それにより、粉砕・混合がされにくいことも明らかになった。また、ガラス製セル、窓付きセルの２種類の光照射可能なセルにおいて、標準的な材料を用いた電池作製技術を構築した。2022年度は、有機活物質におけるスラリー作製条件の最適化と正極の電気化学的性質の評価を第一に行い、電池動作の確認をした。さらに、材料のラマン散乱による評価が有効的であることを確認し、セル内の電極状態の観察を可能とする配置を確立した。

如果将实现不需要外部充电的小型电子设备，则信息和通信技术（ICT）和IoT设备的便利性和维护将显着改善。当前，有一些电子设备将太阳能电池和二级电池组合在一起，但是设备的尺寸使得很难应用于便携式电子设备。这项研究的目的是开发带有照明充电功能的辅助电池的正电极材料，并创建一个可以充电光线的电池，旨在实现可以使用无外部电源的小型电子设备。 Specifically, research will be carried out using a variety of analytical methods for electrochemical charge/discharge (oxidation/reduction) and photo-charging (oxidation) of disulfide bonds (S-S bonds) in organic sulfur materials based on dithiobiuret (DTB) and conducting research using steps: (1) determining high-efficiency photo-oxidation conditions, (2) elucidating the mechanism of photochemical reactions在电池电池中，（3）制造不需要外部充电的照片充电。在第一年（2021年），购买了用于混合材料的研磨机作为用于制备浆液的设备（阳性主动材料的混合物，导电辅助，粘合剂和溶剂的混合物），用于将含硫分子涂在当前的收集器中。结果表明，正极电极的性能明显不同，具体取决于研磨的强度和磨床的时间，并进行了优化以产生一个正电极板，该电极板表现出无机材料的容量，这是标准样品，由于标准样品的结果，其体积为理论值。在正在研究的有机活性材料中，有必要增加导电辅助工具的比例，以避免低导率的问题，但这也表明很难研磨和混合。此外，使用标准材料的电池制造技术是在两种类型的光照式细胞中构建的：玻璃细胞和窗户细胞。在2022财年，第一步是优化有机活性材料的浆料生产条件，并评估正极电极的电化学性能，并确认了电池的操作。此外，已经证实，通过拉曼散射对材料的评估是有效的，并建立了一个允许观察细胞内电极状态的布置。