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。

直到去年，我们已经证明了阴极催化剂（MN-NS/KB），其中MNO2纳米片是阴极催化剂与凯奇·布莱克（Ketchen Black）复合的，尤其是li+介入纳米片的界面，并在li-air电池的放电反应（实验室）中均更加顺利，并且在纳米片的界面上进行了更轻松的过程，并且在液体电池的放电反应（同时更加单独），并在li-air的界面上进行了更加独特的过程。充电，周期寿命延长。此外，设计了用于合成MNO2纳米片的单锅合成方法，在KB色散溶液中设计，允许使用Kb颗粒和MNO2纳米片的超高分散复合材料，并成功地开发了具有实验室的高度活性MN-NS/KB催化剂。也就是说，KB和MNO2纳米片之间的纳米复合材料获得了某些目标。但是，尽管目前增加了用于排放电荷的循环数量，但进一步的寿命需要更持续的电荷过压减少。因此，今年我们支持RUO2在复杂的KB上，并在此和MNO2纳米片之间合成复合催化剂。目前，正在研究各种条件，以使合成的RUO2支持的KB粉末和MNO2纳米片的络合，但是基本的合成方法开始建立。另一方面，通过在当前碳纸上涂层和干燥催化剂获得的空气电极并不一定有足够的空间来沉淀排放产品Li2O2，为了实践使用，必须使用旨在存储更多LI2O2的整个空气电极，而利用此MNO2 Nano2nanosposecose cotsosite catalyst catalys catalys catalys catalyst。因此，作为第二个考虑因素，我们还开始开发一种复合MNO2催化剂的新合成，即使具有较大的电荷能力也可以运行，它也可以运行。由于获得专利，无法描述细节，但是我们正在努力创建由碳纳米管（CNT）空气电极制成的空气电极，该空气电极正在与日本材料和材料研究所（KEN Research Institute）作为基础材料进行联合研究，并将MNO2纳米片组合在一起。

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