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高出力型Mg2+電池に適した新規異種イオン混合型電解液の開発

适用于高功率Mg2+电池的新型混合离子电解质的研制

基本信息

批准号：
22K14759
负责人：
近岡優
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14759/
关键词：
多価イオン電池 Mg2+電池電解液溶液構造解析溶液構造

项目摘要

資源偏在のリスク等からポストLi+電池の開発が求められる中、高エネルギー密度・高安全性が期待できるMg2+電池の実用化に注目が集まる。しかし、Mg2+電池はキャリアイオンの強い相互作用によって室温での高速充放電(1時間)が困難であり、実用化に向けては大きな障壁がある。これに対し本研究では、申請者がLi+電池系の電解液分野において継続的に取り組んできた、キャリアイオンとは異なるイオン種を混合する「異種イオン混合型電解液」をMg2+電池系へ拡張することで課題解決を目指した。2022年には種々のアニオン種(BF4, PF6, TFSA)を有する4級アンモニウム塩を混合した異種イオン混合型電解液を開発した結果、FePO4正極の充放電試験においてBF4混合型が非常に優れた出力特性を示すことが明らかとなった(室温下において2時間程度で充放電可能)。さらに溶液構造パラメータ(溶媒和数, 結合距離, 配向性など)を分子レベルで解明した結果、複数のBF4アニオンがMg2+カチオンに配位した構造体が推定され、この構造が高出力化に有効である可能性が示唆された。本研究により、Mg2+電池の実用化に向けた研究開発を推進させるだけではなく、電解液設計において「悪手」とされてきた異種イオン混合のアプローチが電解液設計に及ぼす影響を体系的な学理として構築できる可能性が示唆された。さらに、Mg2+電池系だけでなく、Ca2+/Zn2+電池系における異種イオン混合による出力特性向上効果も見出されており、種々の電池系における異種イオン混合によるアプローチの有効性が明らかとなった。

The development of Mg2 + batteries is expected to be medium and high in density and high in safety. Mg2 + batteries are difficult to charge at high speed (1 time) at room temperature due to strong interaction, and are difficult to use due to large barriers. In this study, the applicant proposed a solution to the problem of "heterogeneous mixed electrolyte" for Mg2 + battery system by selecting a different electrolyte group for Li+ battery system. In 2022, there were four kinds of mixed electrolyte (BF4, PF6, TFSA), and the results showed that the FePO4 electrode was very excellent in charge and discharge test (about 2 hours at room temperature). In addition, the solution structure is divided into three parts: solvent sum, binding distance, alignment, molecular weight, complex BF4, Mg2 +, coordination structure, and the possibility of high strength structure. This study is aimed at advancing the development of Mg2 + battery in practical application, and the possibility of electrolyte design and heterogeneous mixing affecting the theoretical construction of electrolyte system is demonstrated. In addition, Mg2 + battery system is divided into two parts, Ca2 +/Zn2 + battery system is mixed with heterogeneous materials, and the output characteristics are improved.