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High toughness gel electrolyte combined with concentrated electrolytes for energy storage applications

高韧性凝胶电解质与浓缩电解质相结合，用于储能应用

基本信息

批准号：
20J14822
负责人：
HAN JIHAE
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Yamaguchi University
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-20J14822/
关键词：
超濃厚電解液高分子ゲル電解質リチウムイオンキャパシタ

项目摘要

本研究では、(１)濃厚電解液中におけるLiイオンの溶存構造に着目した分子レベル研究を行い、 (２)この濃厚電解液を反応場として多分岐高分子のゲル化を試み、得られた高分子ゲルをリチウムイオンキャパシタ（LIC）用ゲル電解質として応用することを目的としている。（１）について、ラマン分光測定や放射光X線全散乱実験、分子力学動力学（MD）シミュレーションを併用した精密構造解析手法により、LIC用濃厚電解液の溶液構造、特に、Liイオンの溶存構造を明らかにした。3 M以上のLi塩を溶解した濃厚電解液の溶液構造は希薄系（1 M程度）とは大きく異なり、(1) Liイオンは非配位性の対アニオンと接触イオン対を形成すること、(2) この接触イオン対錯体が連結した繰り返し構造、すなわち、イオン秩序構造を形成することが明らかとなった。高い秩序性を有する構造体の形成は、イオン輸送特性および電極反応特性にも影響を及ぼし、希薄系では観測できない特殊なイオン伝導機構やグラファイト負極へのLiイオンの良好な挿入/脱離反応など、LIC用ゲル電解質を作成するための液体成分として十分な性能を有することを確認した。（２）について、上記の電解液研究で性能最適化を施した濃厚電解液を反応場として多分岐高分子（本年度は、tetra-arm poly(ethylene glycol) (TetraPEG)を選択）のゲル化を試み、高効率で架橋反応が進行する条件を検討した。結果として、90%以上の架橋率を有する均一網目ゲルを合成することに成功し、得られたゲルをLiイオンキャパシタ用電解質として応用した。イオン伝導特性およびグラファイト負極や活性炭正極に対する電気化学特性を詳細に調べたところ、固体化（ゲル化）に伴う性能低下がほとんどなく、対応する液体電解質に匹敵する充放電特性を示す等、当初予定の研究戦略に沿う成果が得られた。

In this study, でで, (1) the structure of におけるLi, <s:1>, <e:1>, <s:1> dissolved in thick electrolyte is に, and the research on <s:1> た molecules レベ is conducted on を. (2) この strong electrolyte を game against 応として points toki polymer のゲルを try み, too られた polymer ゲルをリチウムイオンキャパシタ (LIC) using ゲル electrolyte として応 with することを purpose としている. (1) について, ラマン spectral photometry や X-ray radiation light scattered all be 験, molecular dynamics (MD) シ mechanical ミュレーションを and した precision structural analytic technique により, LIC with strong electrolyte の solution structure, に, Li イオンの soluble deposit structure を Ming らかにした. More than 3 M の Li salt dissolve をした strong electrolyte thin はの solution structure and system (1 M) とは big きく different なり, (1) Li イオンは non coordination のア seaborne ニオンと contact イオンを seaborne form すること, (2) この contact イオン misprinted seaborne が link した Qiao り return し structure, すなわち, イオン order tectonic を form することが Ming らかとなった. High い order を have する constructs のは, イオン transportation および electrode reverse 応 features にも influence を and ぼし, bush thin では観 measuring できない special なイオン伝 guide institutions やグラファイト negative への Li イオンの good な scions into/out of the 応など, LIC ゲル electrolyte を made するための liquid ingredients としてな very much Performance を has するとをとを confirmed that たた. (2) について, written の electrolyte performance optimization research でをし shi strong electrolyte たを game against 応として points toki polymer (は this year, tetra - arm poly real (ethylene glycol) (TetraPEG) を sentaku) のゲルを try み, high rate of unseen で bridging the 応が for する conditions を beg し検た. Results として, more than 90% rate をの bridging する uniform mesh ゲルを synthetic することに success し, られたゲルを Li イオンキャパシタ with electrolyte として応 with した. イオン伝 guide features およびグラファイト negative や activated carbon anode にす seaborne 気る electricity chemistry を detailed に adjustable べたところ, solid (ゲル) に with う poor performance がほとんどなく, 応 seaborne する liquid electrolyte に match する charge-discharge characteristics をす indicated, at the beginning to the setting の戦 slightly に along がう achievements have られた.