Development of Air Electrode Catalysts Utilizing MnO2 Nanosheets for Li-air Batteries

锂空气电池用MnO2纳米片空气电极催化剂的开发

• 批准号: 18K05290
• 负责人: 齋藤 守弘
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Seikei University (2019-2022)Tokyo University of Agriculture and Technology (2018)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18K05290/
• 关键词: 酸化マンガンナノシート; 空気極触媒; リチウム空気電池; ナノカーボン複合体; 一段階合成法; 界面・層間カチオン; リチウム空気極; フリーズドライ法

昨年度までは、当該空気極触媒であるMnO2ナノシートをケッチェンブラックと複合化した空気極触媒（Mn-NS/KB）について、特にその特徴の一つであるナノシート界面に介在するLi+がLi空気電池（LAB）の放電反応を促進し、またその際により均一にLi2O2を生成することから、充電時にも酸化分解がスムーズに進行し易く、サイクル寿命も延伸することを実証してきた。また、KB分散溶液中でMnO2ナノシートを合成するOne-pot合成法を考案し、KB粒子とMnO2ナノシートの超高分散複合化を可能にし、更に高活性なLAB用Mn-NS/KB触媒の開発に成功した。すなわち、KBとMnO2ナノシートとのナノ複合化について一定の目途を得た。しかし、現状では放充電のサイクル数は向上されたものの、更なる長寿命化にはより持続的な充電過電圧の低減が求められる。そこで、今年度は複合化するKBにRuO2担持を行ない、これとMnO2ナノシートとの複合触媒の合成を進めている。現状、合成したRuO2担持KB粉末とMnO2ナノシートとの複合化の条件を種々検討しているところであるが、基本的な合成法の道筋は確立しつつある。一方、現状のカーボンペーパーへ本触媒を塗工・乾燥して得られる空気極では放電生成物Li2O2の析出スペースが必ずしも十分確保されているとは言えず、実用化へ向けてはこのMnO2ナノシート複合触媒の利点を生かしつつ、より多くのLi2O2を格納できるよう工夫された空気極全体を設計する必要がある。そこで、二つ目の検討として更に大きな放充電容量でも作動するMnO2ナノシート複合触媒兼空気極の新規合成にも着手した。特許化の都合上、詳細は記載できないが、別途（国研）物質・材料研究機構と共同研究を行なっているカーボンナノチューブ（CNT）シート空気極を母体材料としMnO2ナノシートを複合化した空気極の創成を進めている。

When the air electrode catalyst was used, MnO2 was added to the air electrode catalyst.(Mn-NS/KB) A series of special characteristics are found in the interface between Li+ and Li air battery (LAB), which promotes the formation of uniform Li2O2. The decomposition of Li + and Li air battery during charging is easy to carry out and the service life is extended. The One-pot synthesis of MnO2 in KB dispersion solution was investigated, and the super-dispersion recombination of KB particles with MnO2 was possible, and the development of Mn-NS/KB catalyst for high activity LAB was successful. Kb and MnO2 are the most important components of the complex. The current situation is that the number of discharge charges is increasing, and the service life is increasing. This year, the synthesis of complex catalysts for the synthesis of MnO2 and RuO2 was studied. Current situation, synthesis of RuO2 support KB powder, MnO2 In one aspect, the present situation of the catalyst coating, drying and purification process of Li 2O2 must be fully ensured. In the other hand, the application of the catalyst to the MnO2 complex catalyst is necessary. The new method of synthesizing MnO2 composite catalyst and air electrode is discussed in detail. Special treatment of all closed, detailed records of different ways (National Research Institute) Material and material research institutions and joint research and development of MnO2-based composite air electrode parent materials

项目成果

Effect of Interfacial Cations of MnO2 Nanosheet-based Catalysts on Air-electrode Reaction for Rechargeable Li-air Batteries

MnO2纳米片基催化剂界面阳离子对可充电锂空气电池空气电极反应的影响

• 发表时间: 2018
• 作者: Kento Mikami;Yusuke Tachikawa;Taro Ishikawa;Taichi Fujinami;Morihiro Saito
• 通讯作者: Morihiro Saito

会報誌「Colloid & Interface Communication」

时事通讯“胶体与界面通信”

• 发表时间: 2020
• 作者: K. Matsuzawa;M. Obata;Y. Takeuchi;Y. Ohgi;K. Ikegami;T. Nagai;R. Monden;A. Ishihara;齋藤守弘
• 通讯作者: 齋藤守弘

A New Concept of Air-Electrode Catalysts by Using MnO2 Nanosheets and Solid Redox Mediator for Rechargeable Li-Air Batteries

用于可充电锂空气电池的使用二氧化锰纳米片和固体氧化还原介体的空气电极催化剂的新概念

• 发表时间: 2019
• 作者: Sakai Tomomasa;Hirazawa Hideyuki;Sangaa Deleg;Enkhnaran Uyanga;Aono Hiromichi;早川克明，萩原英久;Morihiro Saito
• 通讯作者: Morihiro Saito

酸化マンガンナノシートを活用したリチウム空気電池用正極触媒の開発

使用氧化锰纳米片开发锂空气电池阴极催化剂

• 发表时间: 2018
• 作者: 林義哉;三上拳斗;石川太郎;刀川祐亮;城石英伸;齋藤守弘
• 通讯作者: 齋藤守弘

Lanthanum Manganite-based Air Electrode Catalysts and Their Application to Lithium-air Batteries: Effects of Carbon Support Oxidation

• DOI: 10.5796/electrochemistry.18-00034
• 发表时间: 2018-09
• 期刊: Electrochemistry
• 影响因子: 2.5
• 作者: Morihiro Saito;Y. Tachikawa;Taichi Fujinami;Kento Mikami;Yoshiya Hayashi;H. Shiroishi;D. Streich;Erik J. Berg;P. Novák