高性能亜鉛二次電池に向けた電解液材料の開発

高性能锌二次电池电解质材料的开发

基本信息

批准号：
20K15389
负责人：
陳致堯
金额：
$ 2.66万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science 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：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K15389/
关键词：
水和物溶融体イオン液体多価金属電池亜鉛電析

项目摘要

高性能な亜鉛空気、亜鉛イオン二次電池の特性を最大限に発揮するため、亜鉛金属を均一に析出溶解させる水系電解液材料を開発し、正極材料の特性と正極における電気化学反応に合わせて、電解液の更なる改良を行った。H30年に開発した塩化亜鉛水和物溶融体をベースに臭化カリウムを添加することで、臭化物イオンと塩化物イオンの酸化還元反応を利用した新規亜鉛二次電池を考案した。正極材料としては大量生産に適する黒鉛電極を用いて、電極反応では可逆的なハロゲン系黒鉛層間化合物が形成されることを確認した。また、複数の酸化還元を活用したことによって、従来の一般的な水系亜鉛二次電池より大容量（257 mAh/g）であり、かつ平均作動電圧が高いこと（1.71 V）を確認した。水系亜鉛二次電池以外に、ナトリウム二次電池、カリウム二次電池及びアルミニウム二次電池用のイオン液体系電解液の開発も行った。イオン液体の優れた電気化学安定性を利用して、ハニカム型層状構造を有する高電圧正極材料及びアルミニウム金属の可逆的酸化還元反応を達成した。

为了最大限度地发挥高性能锌空气和锌离子二次电池的特性，我们开发了一种能够均匀沉淀和溶解金属锌的水性电解质材料，并开发了一种适合正极特性的水性电解质材料。电极材料和正极的电化学反应，对电解质进行了进一步的改进。通过在 2010 年开发的氯化锌水合物熔体的基础上添加溴化钾，我们设计了一种利用溴离子和氯离子的氧化还原反应的新型锌二次电池。采用适合批量生产的石墨电极作为正极材料，证实在电极反应中形成了可逆的卤素基石墨插层化合物。此外，通过利用多重氧化还原过程，证实该电池比传统的水基锌二次电池具有更高的容量（257mAh/g），并且具有更高的平均工作电压（1.71V）。除了水系锌二次电池外，我们还开发了用于钠、钾、铝二次电池的离子液体电解质。利用离子液体优异的电化学稳定性，实现了蜂窝型层状结构高压正极材料与铝金属的可逆氧化还原反应。