Chalenge to use of six-electron redox reaction of sulfur for Al-S batteries

AlCl3－NaCl－KCl溶融塩中に溶解した硫黄は、６電子の酸化還元反応を示す。硫黄とカーボンナノチューブの複合電極でも両反応が確認できた。この発見を基に、次に示す実験を行った。( I ) Sの6電子レドックス反応が起こることを確認した電解液であるAlCl3-NaCl-KCl溶融塩を用いると、アルミニウムの電気化学的電析・溶解を行えることを確認した。この事実は、この電解液を用いることで、硫黄正極とAl負極を組み合わせた蓄電池を作製できることを意味する。硫黄のレドックス反応に伴う硫黄種の溶出を防ぐために、種々の硫黄複合電極を作製しレドックス反応を行うことにより、硫黄の6電子酸化還元反応をある程度安定に行えるいくつかの組み合わせを見つけることができた。( II ) S4+ + 4e- ＝ Sの反応が120℃で起こることを( I )の研究でわかったので、その反応が進行可能な温度範囲を調査した。中温溶融塩であるAlCl3-NaCl-KClと低温溶融塩であるAlCl3-塩化イミダゾリウムを混合することにより、融点を徐々に降下させたところ、100℃以下においても硫黄の６電子酸化還元反応が起こることを確認した。ただし、反応速度の低下が見られたので、イオン拡散速度を促進させる電解液の選択が今後の課題になりそうである。( III ) 容量密度が突出している硫黄の６電子反応を他の蓄電池系へも応用することを想定し、イミダゾリウム系やアンモニウム系のイオン液体でもレドックス反応を試してみた。反応速度の差異はあるものの、反応は起こることが確認できた。

AlCl3－NaCl－KCl溶融塩中に溶解した硫黄は、６電子の酸化還元反応を示す。硫黄とカーボンナノチューブの複合電極でも両反応が確認できた。この発見を基に、次に示す実験を行った。( I ) Sの6電子レドックス反応が起こることを確認した電解液であるAlCl3-NaCl-KCl溶融塩を用いると、アルミニウムの電気化学的電析・溶解を行えることを確認した。この事実は、この電解液を用いることで、硫黄正極とAl負極を組み合わせた蓄電池を作製できることを意味する。硫黄のレドックス反応に伴う硫黄種の溶出を防ぐために、種々の硫黄複合電極を作製しレドックス反応を行うことにより、硫黄の6電子酸化還元反応をある程度安定に行えるいくつかの組み合わせを見つけることができた。( II ) S4+ + 4e- ＝ Sの反応が120℃で起こることを( I )の研究でわかったので、その反応が進行可能な温度範囲を調査した。中温溶融塩であるAlCl3-NaCl-KClと低温溶融塩であるAlCl3-塩化イミダゾリウムを混合することにより、融点を徐々に降下させたところ、100℃以下においても硫黄の６電子酸化還元反応が起こることを確認した。ただし、反応速度の低下が見られたので、イオン拡散速度を促進させる電解液の選択が今後の課題になりそうである。( III ) 容量密度が突出している硫黄の６電子反応を他の蓄電池系へも応用することを想定し、イミダゾリウム系やアンモニウム系のイオン液体でもレドックス反応を試してみた。反応速度の差異はあるものの、反応は起こることが確認できた。