リチウム酸素電池実用化に向けたカソード極反応機構解明への挑戦

阐明锂氧电池商业化阴极反应机理的挑战

基本信息

批准号：
22KJ0307
负责人：
神成幸輝
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0307/
关键词：
電池界面支持塩濃度グラフェン反応機構解明分光法

项目摘要

本研究は、次世代二次電池の一つであるリチウム空気電池について、カソード極上の反応機構を分子レベルで解明することを目指し、それにより研究開発に新たな指針を与えることを期待している。電池の電極反応は複雑な系となっており、理解が不十分であるため、電極界面の反応に関する基礎的な研究が必要と考えている。採用一年目においては、既に確立している金電極と分光法の組み合わせ、特にその場表面増強ラマン散乱によって反応生成物を追跡することで知見を得ようと試みた。特に近年広く注目されている電解液の支持塩高濃度化について、特殊な溶媒和構造や電極吸着物に関する利点や界面構造に関して新たな知見を得ることができた。その内容について学会発表を通して他研究者と意見交換もしており、論文執筆の段階にある。一方で研究の中核を担う炭素電極の利用については進捗が順調とは言えない。実用的な系における反応機構を調べることが本研究の大きな課題であり、炭素電極上での反応の追跡のための新技術を中国の厦門大学にて勉強する計画を立てていた。しかしながら、コロナウイルス感染拡大の影響やロシア-ウクライナ間の戦争による不安定な情勢から、中国への渡航ができなかった。そのため、当初計画していた新技術を活用した測定手法の確立が完了していない。課題が残る一方で、代替案を考案し研究を進めることはできている。炭素電極のモデルとして単層グラフェンを合成し、これと金電極を組み合わせることで実用的な系の一種のモデルケースを構築し反応機構について情報を得ることができた。まだ内容をまとめる段階ではないが、炭素上の生成物や中間体のふるまいについて新たな知見が得られる見込みがある。

这项研究旨在从分子水平阐明下一代二次电池之一的锂空气电池的阴极反应机理，并希望这能为研究和开发提供新的指导。电池中的电极反应是一个复杂的系统，人们对此知之甚少，因此我们认为对电极界面反应的基础研究是必要的。在该项目的第一年，我们尝试结合使用已建立的金电极和光谱学（特别是原位表面增强拉曼散射）跟踪反应产物来获取知识。特别是，在近年来受到广泛关注的提高电解质中支持盐的浓度方面，我们获得了有关特殊溶剂化结构、电极吸附物的优点和界面结构的新知识。我们也在通过学术会议上的演讲与其他研究人员交换意见，目前正处于撰写论文的阶段。另一方面，作为研究核心的碳电极的使用进展并不顺利。这项研究的一个主要挑战是研究实际系统中的反应机理，我计划在中国厦门大学研究跟踪碳电极反应的新技术。然而，由于冠状病毒感染的蔓延以及俄罗斯和乌克兰之间的战争造成的不稳定局势，他们无法前往中国。因此，按照原计划建立采用新技术的测量方法尚未完成。尽管挑战仍然存在，但我们已经能够设计替代解决方案并推进研究。通过合成单层石墨烯作为碳电极模型并将其与金电极结合，我们能够构建实际系统的模型案例并获得有关反应机理的信息。虽然还没有达到总结内容的阶段，但预计将获得有关产物和中间体在碳上的行为的新知识。