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

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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。