Study on solution strucuture and electrode passivation of organic electrolyte solution containging K salts

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2021年度までに，カリウムイオン含有の有機電解液と黒鉛電極の電気化学特性について調査を実施し，カリウム黒鉛層間化合物の相転移の解析を行った．特に，黒鉛電極へのカリウム挿入・脱離時の相転移について，オペランドX線回折を用いて，結晶構造，とくにステージ構造，結晶子，結晶欠陥の変化を詳細に調査した．黒鉛電極での調査結果を基に，新しく開発した電解液添加剤1,3,2-Dioxathiolane 2,2-Dioxideが金属カリウムの不動態化を促進し，安定な溶解析出反応を示すことを突き止め，その成果を活用することで，金属カリウムの表面前処理法を見出して，高分子固体電解質でのK半電池の作製法を確立し，プルシアンブルー系正極と黒鉛負極の二次電池作動に成功し，全固体カリウムイオン電池を初めて実証した．また，4ボルト作動が可能な正極材料KFeSO4Fについて，マグネシウムドーピングの効果を調査した．新しい電解液添加剤として，様々な検討の結果から，ジメチルスルファモイルフルオライドを見出した．この添加剤はFSAアニオンと部分構造が類似しており，黒鉛負極の不動態化に特に顕著な効果を示す上，電極反応の高速化にも有効であった．さらに蓄電デバイスとして利活用する際に重要となる正極での耐酸化性も十分に高いことから，カリウムイオン電池全体の寿命を大幅に改善することができる．以上の研究成果等を国際誌に発表した。2023年度は，これら黒鉛電極におていK挿入と Rb挿入反応の速度論的評価を進めると同時に，新たに希薄電極法を適用して定量的な理解を図り，キャリアイオンの違いが電池の電極反応速度に与える影響や，新しいカリウムインサーション材料の研究について検討に引き続き取り組む．