電解質塩のみで構成された金属カチオン電池用電解質の開発

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溶媒を用いず、電解質塩のみで構成される電解質の開発は、これまで電解質には溶媒が不可欠であるという暗黙の前提を覆すものである。溶媒は単体ではイオン電導性のない電解質室塩をイオン乖離させて電解質として機能させるために必須であるが、同時に有機溶媒の可燃性など溶媒由来のデメリットも電解質に付与されてしまう。本研究において、最初の対象となる金属カチオン電池にはカリウムイオン電池を選択した。カリウムイオン電池はカリウムの豊富な資源量と、リチウムイオン電池よりも高い電圧からポストリチウムイオン電池として期待されている。また、リチウム化合物に比べてカリウム化合物は耐熱性・耐加水分解性が高いものが多く、多くの電解質候補となる化合物を用いて電解質の研究を行うことができる。この電池の場合、電極間移動イオンはカリウムカチオンであり、電解質塩はカリウム化合物を示す。電解質塩のみで構成された電解質は、溶媒を含まないために電池内で電極間移動イオンの濃度が偏ることがない。そのため、電極間移動イオンの欠乏による通電可能電流の限界がない。また、金属負極を用いる場合には電極近傍の電極間移動イオンの欠乏が起きないためにデンドライト発生の抑制が期待できる。電解質塩のみで構成された電解質の開発課題として、電解質塩単体で液体になるものが気象であることがあげられる。そこで本申請者らは電解質塩同士を混合することで融点を下げ、電池の実用的に可能な温度域で溶媒なしで液体となる電解質塩を開発した。これは前述した電解質塩のみのメリットに加え、イオン液体の普遍的特性である難燃性と低揮発性も兼ね備えるために安全性の向上も期待できる。