Creation of high functional Li-air battery based on synergy effect of multi-catalysis

基于多重催化协同效应打造高功能锂空气电池

• 批准号: 21K18835
• 负责人: 石崎 貴裕
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Shibaura Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18835/
• 关键词: Li空気電池; カーボン系材料; 触媒; 深共晶溶媒; 酸素の酸化還元反応

本研究では、Li空気電池の触媒として使用可能なポーラスカーボン系正極材の開発および作成した深共晶溶媒（DES）の物性値の測定を行った。カーボン合成では、酸素還元反応の触媒として有効なCo-N-C結合を有するポーラスカーボンを金属有機構造体（MOF）を、そしてカーボンの結晶性向上を目的として、Cu源を原料に用いて合成した。前駆体のMOFを合成する原料には、硝酸コバルト、硝酸亜鉛、硝酸銅と2-Methylimidazole(2MZ)を用いた。これらの金属源の混合比を変更させてMOFを合成し、その後熱処理することで、マクロポーラスカーボンを合成した。合成したカーボンのSEM像から約300nmの直径を有するポーラス構造が形成されていることを確認した。合成した試料の窒素含有量をＸ線光電子分光法(XPS)で測定した結果、窒素の割合は1.0～2.5at%であり、窒素含有量は使用したCu源の濃度に応じて変化した。合成したカーボン材料を正極材に用いてLi空気電池を構築し、その充放電試験を行った。Cu含有量が最小の時に放電電圧が最も高く，Cu含有量の増加に伴い放電電圧が低下した。また，放電容量の大きさは、Cu含有量が中程度の時に最も大きく、その値は約3700 mAh/gであった。この結果から、作製したマクロポーラスカーボン材料はLi空気電池として作動することを明らかにした。また、溶液中のプラズマを用いてNあるいはPを含んだポーラスカーボン材料を合成する技術開発を行った。窒素源としてN-メチル-2-ピロリジノンを、P源として50%フィチン(Phy)酸溶液を用いた。合成したカーボン材料はORRに対する触媒性を示した。DESの開発では、硝酸リチウムとN-メチルアセトアミドを特定のモル比率で混合し，深共晶溶媒を得た。その深共晶溶媒の各種物性値（粘性、難燃性、溶液抵抗等）の測定を行った。

In this study, Li air power cell catalyst was used to determine the physical properties of deep eutectic solvent (DES). The chemical synthesis and acid reaction catalysts are used in the synthesis of metal organic materials (MOF) and the raw materials of Cu. The raw materials of Cu are used to synthesize the raw materials. The precursor MOF synthesizes the raw material, nitric acid, nitric acid, nitric acid 2-Methylimidazole (2MZ), and uses it. The mixing of metal source materials is more important than that of metal source mixtures in terms of MOF synthesis and post-processing. The synthetic SEM image shows that the diameter of the 300nm is small, and the diameter of the composite is small. The content of asphyxiant in synthetic waste materials was determined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results were determined by photoelectron spectroscopy (XPS). The concentration of asphyxiate was 1.0 ~ 2.5at%, and the content of asphyxiate was determined by the concentration of asphyxiate Cu source. The raw materials of synthetic materials are used in Li air-conditioned battery to charge and release the raw materials. The content of Cu is the highest in the minimum time cycle, and the most high in the Cu. The capacity of the amplifier is very high, and the content of Cu is the most sensitive in medium temperature, and the temperature is about 3700 mAh/g. The results of the test are as follows: do you know that the materials used in the Li air power cell do not need to be changed? In the solution, it is necessary to use the synthetic technology to improve the performance of the materials. Asphyxiate source (Phy) acid solution was used with asphyxiate. Synthesize the materials ORR materials and show the catalytic properties. The specific temperature ratio of DES was mixed with nitric acid and nitric acid, and the eutectic solvent was obtained. The physical properties (viscosity, flammability, solution resistance, etc.) of the deep eutectic solvent were determined.

项目成果

Solution plasma synthesis of carbon-based electrocatalysts for cathode materials of Li-air battery

溶液等离子体合成锂空气电池正极材料碳基电催化剂

• 发表时间: 2022
• 作者: Takahiro Ishizaki;Yuka Hiratoge;Kaito Fukushima;Kenichi Tanaka
• 通讯作者: Kenichi Tanaka

Metal-N-C結合を有するマクロポーラスカーボン系触媒材料の合成と特性評価

金属-N-C键大孔碳催化剂材料的合成与表征

• 发表时间: 2022
• 作者: 山本海輝，田中健一，福島魁人，石﨑貴裕

Cattail leaf-derived nitrogen-doped carbons via hydrothermal ammonia treatment for electrocatalytic oxygen reduction in an alkaline electrolyte

• DOI: 10.1016/j.ijhydene.2022.05.213
• 发表时间: 2022-06
• 期刊: International Journal of Hydrogen Energy
• 影响因子: 7.2
• 作者: G. Panomsuwan;A. Eiad-ua;N. Kaewtrakulchai;Ai Seizawa;T. Ishizaki

自己修復能を有するゲルポリマー電解質を用いたリチウム空気電池の作製と評価

具有自修复能力的凝胶聚合物电解质锂空气电池的制备与评价

• 发表时间: 2022
• 作者: 福島魁人，田中健一，石﨑貴裕

ソリューションプラズマプロセスによるカーボン系固体酸触媒の合成

溶液等离子体法合成碳基固体酸催化剂

• 发表时间: 2022
• 作者: 福島魁人，田中健一，石﨑貴裕;安藤 総一郎，平峠 由佳，澤田 陸，石﨑 貴裕
• 通讯作者: 安藤 総一郎，平峠 由佳，澤田 陸，石﨑 貴裕