アルミニウム二次電池応用を目指した深共晶水和物からの金属アルミニウム電析

深共晶水合物电沉积金属铝在铝二次电池中的应用

• 批准号: 22K14772
• 负责人: 保坂 知宙
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Tokyo University of Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14772/
• 关键词: アルミニウム電池; 電析; 深共晶液体; 二次電池; アルミニウムイオン電池; 電解液; 深共晶溶媒; 溶融水和物

本研究では、深共晶水和物等の水を含有する電解液におけるアルミニウム析出溶解反応の制限因子を明らかにすることを主要な目標とする。そこで2022年度はモデル系として、過去にアルミニウムの析出溶解が報告されている溶媒和イオン液体に水を添加した電解液を用いて、異なる量の水を含有する電解液中におけるアルミニウム析出溶解挙動を系統的に調査した。電気化学測定より、数千ppmから数%の水を含む電解液中では、アルミニウムの析出反応は部分的に進行するものの、析出したアルミニウムが時間経過と共に不動態化することで更なる析出反応および溶解反応を妨げていることが明らかになった。さらに、析出物を解析した結果、不動態被膜は主にアルミニウム酸化物で構成されており、当初想定されていた電解液の還元分解物との副反応だけでなく、電解液中の溶存酸素や測定セル内で酸化分解した水に由来する酸素との副反応が不動態化の原因となっている可能性が示唆された。上述の結果から、部分的に水が含まれる系においてもアルミニウムの電析反応そのものは進行することが示唆され、高効率かつ可逆的な溶解析出反応を実現するためには、電析後のアルミニウム表面の不働態化を防ぐことが重要であることが明らかになった。すなわち、電解液の熱力学的な電位窓を拡大することが出来れば、アルミニウムの可逆的な溶解析出反応およびアルミニウム金属二次電池の可逆作動の実現されると期待される。これらの成果は、2022年の電気化学秋季大会にて口頭発表した。

这项研究的主要目的是阐明含有水的电解质中的铝沉淀溶解反应的限制因素，例如深共晶水合物。因此，在2022年，作为模型系统，我们使用含有溶剂化离子液体的电解质溶液系统地研究了含有不同量的水的电解质中的铝沉淀行为，这些溶液以前据报道废除了铝沉淀溶解。电化学测量结果表明，尽管铝降水反应在含数千ppm到几％水的电解质中部分进展，但降水铝会随着时间的推移而钝化，但会阻碍进一步的沉淀和溶解反应。此外，对沉淀物的分析表明，钝化涂层主要由氧化铝组成，并且钝化可能不仅是由电解质的分解产物的副反应引起的，而且还由氧气中溶解的电解质和氧气中溶解的电解质和氧气中溶解的反应引起，并从水中和氧化细胞中的氧气中衍生而成。以上结果表明，铝电沉积反应本身即使在部分水的系统中也会进展，并且已经揭示了为了实现高效且可逆的溶解反应，重要的是要防止电沉积后铝表面钝化。也就是说，如果可以扩大电解质的热力学电位窗口，则预计将实现铝制的可逆等分试样和铝金属二级电池的可逆操作。这些结果是在2022年秋季电化学会议上口服的。

项目成果

Origin of enhanced capacity retention of aqueous potassium-ion batteries using monohydrate-melt electrolyte

• DOI: 10.1016/j.jpowsour.2022.232096
• 发表时间: 2022-11
• 期刊: Journal of Power Sources
• 影响因子: 9.2
• 作者: Tomooki Hosaka;R. Takahashi;K. Kubota;R. Tatara;Yuki Matsuda;Kazuhiko Ida;Kanji Kuba;S. Komaba

常温非水電解液中でのAI(Ⅲ)イオンの電解還元反応の検討

室温下非水电解液中Al(III)离子电解还原反应的研究

• 发表时间: 2022
• 作者: M. Kato;T. Masese and K. Yoshii;川邊瑞季，保坂知宙，多々良涼一，駒場慎一
• 通讯作者: 川邊瑞季，保坂知宙，多々良涼一，駒場慎一