エネルギー変換デバイスにおける電極/電解液界面の精密設計

リチウム(イオン)二次電池および電気二重層キャパシタ等の高性能化技術に関連して,種々の電子伝導体(電極)/イオン伝導体(電解質)系を対象として,界面の構造と電極挙動の関係を明らかにし,精密設計の指針を確立することを目的とした。1.金属リチウム/有機電解液界面の構造制御と電池特性有機電解液中でのリチウムの析出/溶解過程におけるデンドライト状活性リチウムの発生とそれに伴う充放電クローン効率の低下を,1)電解液中への微量金属イオンの添加,2)電極中への第2成分の添加により抑制することが可能であることを見出した。界面構造の詳細をインピーダンス法および走査振動電極法によって解析する手法を確立した。2.炭素材料/有機電解液界面の構造制御とリチウムイオン電池特性数種の黒鉛質炭素材料の電気化学リチウムインターカレーション/デインターカレーション挙動に及ぼす電解液組成の影響を系統的に調査し,炭素材料の表面副反応と充放電容量の関係を明らかにした。電気化学水晶振動子マイクロバランス法が炭素材料/有機電解液界面の構造解析に有効であることを見出した。3.活性炭繊維/非水電解質界面構造制御とキャパシタ特性有機電解液またはゲル電解質と活性炭からなるモデルキャパシタを用いて分極性電極と非水電解質から構成される電極系の特徴を明らかにし,高容量かつ長サイクル寿命を達成するための条件を明らかにした。さらに,活性炭のプラズマ処理がキャパシタの高容量化に有効であることを見出し,信頼性の向上を目指した新規ゲル系電解質を開発した。

リチウム(イオン)二次電池および電気二重層キャパシタ等の高性能化技術に関連して,種々の電子伝導体(電極)/イオン伝導体(電解質)系を対象として,界面の構造と電極挙動の関係を明らかにし,精密設計の指針を確立することを目的とした。1.金属リチウム/有機電解液界面の構造制御と電池特性有機電解液中でのリチウムの析出/溶解過程におけるデンドライト状活性リチウムの発生とそれに伴う充放電クローン効率の低下を,1)電解液中への微量金属イオンの添加,2)電極中への第2成分の添加により抑制することが可能であることを見出した。界面構造の詳細をインピーダンス法および走査振動電極法によって解析する手法を確立した。2.炭素材料/有機電解液界面の構造制御とリチウムイオン電池特性数種の黒鉛質炭素材料の電気化学リチウムインターカレーション/デインターカレーション挙動に及ぼす電解液組成の影響を系統的に調査し,炭素材料の表面副反応と充放電容量の関係を明らかにした。電気化学水晶振動子マイクロバランス法が炭素材料/有機電解液界面の構造解析に有効であることを見出した。3.活性炭繊維/非水電解質界面構造制御とキャパシタ特性有機電解液またはゲル電解質と活性炭からなるモデルキャパシタを用いて分極性電極と非水電解質から構成される電極系の特徴を明らかにし,高容量かつ長サイクル寿命を達成するための条件を明らかにした。さらに,活性炭のプラズマ処理がキャパシタの高容量化に有効であることを見出し,信頼性の向上を目指した新規ゲル系電解質を開発した。