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。

这项研究的目的是（1）进行分子水平的研究，重点是浓缩电解质中液离子的溶解结构，以及（2）尝试使用该浓缩电解质作为反应场凝胶化多支球菌聚合物，并将获得的聚合物凝胶作为凝胶电解质（lICS）应用于凝胶电解质（LICS）。关于（1），通过一种将拉曼光谱，总X射线散射实验和分子动力学（MD）模拟结合的精确结构分析方法来阐明LIC的浓缩电解质的溶液结构，特别是Li离子的溶解结构。溶解在3 m或更多Li盐中的浓浓度电解质的溶液结构与稀释系统（约1 m）的溶液结构非常不同，并且已经揭示了（1）li离子形成与非协调成对的阴离子的接触离子对，（2）形成重复的结构，其中这些接触对离子对复合物是连接的，即离子的结构是一个离子的，一个离子是一个离子的结构。具有高序的结构的形成也会影响离子的传输性能和电极反应性能，并证实它具有足够的性能作为液体成分，可以为LIC创建凝胶电解质，例如在稀释系统中无法观察到的特殊离子导导机制，并且在稀释系统中无法观察到Li ies iy iy iy ies ies in li ies of Graphite负极电极。关于（2），我们尝试使用今年的多支球菌聚合物（四臂聚（四臂聚（乙二醇）（Tetrapeg）），使用在上述电场中对电解质研究中的性能进行优化的浓缩电解质作为反应领域的性能，并检查了高效的交叉连接反应，并检查了5％或更有效的交叉率。合成的凝胶被用作液体电容器的电解质。