固液二相電解質を用いた液体ナトリウム金属二次電池

使用固液两相电解质的液态钠金属二次电池

基本信息

批准号：
21H02047
负责人：
松本一彦
金额：
$ 8.15万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02047/
关键词：
イオン液体溶融塩ナトリウム電池硫黄

项目摘要

前年度には液体ナトリウム金属負極と固体電解質界面について、新たに開発した加圧型セルでの評価に基づき、１５０℃で長期的な液体ナトリウム金属の析出溶解サイクルが可能であることを示している。また、電解質としては、硫黄の酸化還元挙動を引き出すためにトリフレートアニオンを含むビス（トリフルオロメチルスルフォニル）アミド無機溶融塩(Na[OTf]-Cs[TFSA])が適切であることを見出した。今年度はさらに適切なナトリウムイオン組成を明らかにするため、Na[OTf]とCs[TFSA]の混合比率の最適化を進めた。密度、粘性率、イオン伝導率を異なる比率で調べたところ、Na[OTf]が増えるにつれて、密度は減少し、粘性率は増加し、イオン伝導率は低下することがわかった。粘性率とイオン伝導率については、より小さなナトリウムイオンが増えることによって、静電相互作用が強くなることが原因であると考えられる。また、充放電挙動を調べたところ、Na[OTf]分率が最も低い20%の場合のみ低電位側で多硫化物イオンの還元が進むことが分かった。これはNa[OTf]分率が高くなると、多硫化物イオンの溶解度が下がるためであると考えられる。実際に目視で溶解度を調べた結果、上記の通り溶解度が変化することが確認された。正極活物質については硫黄だけでなく、室温付近での性能がよく知られているポリアニオン系材料やフッ化物材料について、基礎的な電気化学挙動が確認されており、次年度以降、探索範囲を広げて、より適切な溶融塩を調べる。

去年，我们通过使用新开发的加压电池对液态金属钠负极和固体电解质界面进行评估，证明了在 150°C 下可以实现长期液态金属钠沉淀/溶解循环。此外，我们发现含有三氟甲磺酸根阴离子的双（三氟甲基磺酰基）酰胺无机熔盐（Na[OTf]-Cs[TFSA]）适合作为电解质，以激发硫的氧化还原行为。今年，为了进一步明确合适的钠离子组成，我们对Na[OTf]和Cs[TFSA]的混合比例进行了优化。通过检查不同比例下的密度、粘度和离子电导率，我们发现随着Na[OTf]的增加，密度降低，粘度增加，离子电导率降低。关于粘度和离子电导率，认为较小钠离子数量的增加会导致更强的静电相互作用。此外，当我们研究充电/放电行为时，我们发现仅当Na[OTf]分数最低（20%）时，多硫离子的还原才会在低电位侧进行。这被认为是因为随着Na[OTf]分数的增加，多硫离子的溶解度降低。实际目视检查溶解度的结果，确认了溶解度发生如上所述的变化。正极活性材料方面，不仅是硫，而且以近室温性能而闻名的聚阴离子材料和氟化物材料的基本电化学行为也得到了确认，明年起将扩大研究范围寻找更合适的熔盐。