カリウムイオン電池の急速充放電を実現する有機電解液および正極材料の創製

打造实现钾离子电池快速充放电的有机电解质和正极材料

• 批准号: 20J13077
• 负责人: 保坂 知宙
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tokyo University of Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J13077/
• 关键词: カリウムイオン電池; 炭素材料; 不働態被膜; プルシアンブルー類似体; 有機電解液

本研究では、新奇蓄電デバイスとしてカリウムイオン電池に注目し、電解液が黒鉛負極の反応速度に与える影響を調査した。さらに、速度性能に優れる正極材料を開発するために、プルシアンブルー類似体正極材料の速度性能に各因子が与える影響を明らかにした。カリウムイオン電池用電解液の設計に関しては、電解質塩としてヘキサフルオロリン酸カリウムとカリウムビス(フルオロスルホニル)アミドを混合した電解液を始めとする複数の有望な電解液組成を見出した。具体的には、黒鉛負極において満充電の80%の容量を得るのに必要な時間が、新たに開発した混合塩電解液中では既報のヘキサフルオロリン酸カリウム電解液を用いた場合の5分の1になることを実証した。また、混合塩電解液中で抵抗の小さい不働態被膜が生成していることが、この急速充放電特性に寄与していることを明らかにした。正極材料のカリウムマンガン系プルシアンブルー類似体について、MnをFeやNi等の遷移金属へ部分的に置換したものの、急速充放電特性の改善効果は限定的であった。一方、結晶中に15%のフェロシアン化物空孔を含む試料をNa体からのイオン交換法により合成した結果、非常に良好な急速充放電特性を示すことを見出した。電気化学測定と密度汎関数理論計算より、空孔がカリウムイオン拡散を促進することが示唆され、これが良好な急速充放電特性に寄与していると考察した。以上より、カリウムイオン電池用電解液の急速充放電を実現する電解液および正極材料を見出し、カリウムイオン電池の急速充放電特性を実証した。

This study で は, novel battery デ バ イ ス と し て カ リ ウ ム イ オ ン battery に attention し, electrolyte が black lead anode の anti 応 speed に with え る impact を investigation し た. さ ら に, speed performance に れ る cathode material を open 発 す る た め に, プ ル シ ア ン ブ ル ー similar to the anode material の speed performance に が various factors and え る influence を Ming ら か に し た. カ リ ウ ム イ オ ン battery electrolyte の design に masato し て は, electrolyte salt と し て ヘ キ サ フ ル オ ロ リ ン acid カ リ ウ ム と カ リ ウ ム ビ ス (フ ル オ ロ ス ル ホ ニ ル) ア ミ ド を mixed し た electrolyte を beginning め と す る plural の is expected to see な electrolyte composition を out し た. Specific に は, black lead anode に お い て 80% charge against の の を need る の が に な necessary time, new た に open 発 し た で in the mixed salt electrolyte は at both の ヘ キ サ フ ル オ ロ リ ン acid カ リ ウ ム を electrolyte with い た occasions の 5 の 1 に な る こ と を card be し た. ま た, mixed salt electrolyte で resistance の small さ い 働 state not be membrane が generated し て い る こ と が, こ の rapid charge and discharge characteristics に send and し て い る こ と を Ming ら か に し た. Cathode material の カ リ ウ ム マ ン ガ ン department プ ル シ ア ン ブ ル ー similar body に つ い て, Mn を Fe や の migration へ metal parts such as Ni に displacement し た も の の, rapid charging and discharging characteristics の improve working fruit は qualified で あ っ た. One party, the crystallization of 15% に の フ ェ ロ シ ア ン compound contains empty hole を む sample を Na body か ら の イ オ ン exchange method に よ り synthetic し た results, very good に な rapid charge and discharge characteristics を す こ と を see out し た. Electric 気 chemical determination と density masato several theoretical calculation よ り, empty hole が カ リ ウ ム イ オ ン scattered を company, promote す る こ と が in stopping さ れ, こ れ が な rapid charge and discharge characteristics に send and good し て い る と investigation し た. Above よ り, カ リ ウ ム イ オ ン battery electrolyte の rapid charge and discharge を be presently す る electrolyte お よ び cathode material を see し, カ リ ウ ム イ オ ン の battery charge and discharge characteristics of rapidly を card be し た.

项目成果

カリウム塩ハイドレートメルトを電解液に用いる２V級水系カリウムイオン電池の作製

以氢氧化钾熔体为电解质的2V级水系钾离子电池的制作

• 发表时间: 2020
• 作者: 高橋璃衣;保坂知宙;地口健人;久保田圭;多々良涼一;松田有希;井田和彦;大久保毅; 久芳完治;林年始;駒場慎一
• 通讯作者: 駒場慎一

４V級カリウムイオン電池用有機電解液の開発

4V级钾离子电池有机电解液的开发

• 发表时间: 2021
• 作者: 保坂知宙;松山達央;久保田圭;多々良涼一;駒場慎一
• 通讯作者: 駒場慎一

Effect of Particle Size and Anion Vacancy on Electrochemical Potassium Ion Insertion into Potassium Manganese Hexacyanoferrates

• DOI: 10.1002/cssc.202002628
• 发表时间: 2021-01-14
• 期刊: CHEMSUSCHEM
• 影响因子: 8.4
• 作者: Hosaka, Tomooki;Fukabori, Taiga;Komaba, Shinichi
• 通讯作者: Komaba, Shinichi

Effect of Particle Size and Anion Vacancies on Electrochemical Performances of Potassium Manganese Hexacyanoferrate for Potassium-Ion Batteries

粒径和阴离子空位对钾离子电池用六氰基铁酸钾锰电化学性能的影响

• 发表时间: 2020
• 作者: T.Hosaka;T.Fukabori;K.Kubota;H.Kojima;Y.Ito;T.Inose;H.Inoue;M.Takeuchi;S.Komaba
• 通讯作者: S.Komaba

KFSA/glyme electrolytes for 4 V-class K-ion batteries

• DOI: 10.1039/d0ta08851j
• 发表时间: 2020-12-07
• 期刊: JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A
• 影响因子: 11.9
• 作者: Hosaka, Tomooki;Matsuyama, Tatsuo;Komaba, Shinichi
• 通讯作者: Komaba, Shinichi