Development of metal-anode Li-Mg dual-ion battery systems

点击翻译按钮获取中文摘要

今年度の研究は正極と負極特性の両面から，異なるカチオン種を併用するデュアルカチオン電池に関する研究を推進してきた．正極におけるカチオンのインターカレーション反応について，前年度までの研究で，シェブレル相化合物Mo6S8において，LiとMgの協奏的な相互作用によって，Mgの固体内拡散が促進される現象を初めて発見した．今年度は電気化学インピーダンス法を用いて，インターカレーション反応における速度論的過程を考察した．その結果，Liの存在によって，Mgの固体内拡散などの過程のインピーダンスが顕著に低減され，第一原理計算と一致する結果を得られた．また，第一原理計算や化学合成によって，LiとMgを固溶できるホスト材料の探索を行い，高性能を有する候補材料を見出した．合金負極について，Li-Mg系にとどまらず，標準電極電位が近いNa-Ca系にも着目し，カチオンの併用により，電析・溶解特性の改善を発見した。現在はメカニズムの解析に取り組んでいる．これらのカチオン間の相互作用に関して本研究で得られた知見は電極反応の各素過程の学問的理解に貢献したほか，高性能な蓄電デバイスの開発にもつながている．これらの研究結果について，投稿論文を作成している．さらに，今年度はこれまでのデュアルカチオン電池の研究で得られた知見を踏まえて，住友化学株式会社と共同研究を行い，Li-ion電池では従来克服しにくい合金負極の体積変化によるサイクル性劣化を解決できるメカニズムを設計し，新規高エネルギー密度Li二次電池を開発した．現在は特許出願を準備している．