Unveiling intercalation mechanism of coordination frameworks for energy storage technologies

发布储能技术协调框架嵌入机制

基本信息

批准号：
18F18329
负责人：
西原寛
金额：
$ 0.7万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-11-09 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18F18329/
关键词：
金属錯体エネルギー貯蔵電気化学錯体

项目摘要

本研究は、電子伝導性配位構造体のエネルギー変換・貯蔵材料としての特性とその詳細な反応機構を明らかにすることで、次世代エネルギーデバイスへの展開を目指した研究である。昨年度において、特に期待されている多価カチオンの脱挿入を基盤とする次世代エネルギー貯蔵反応への初歩的な検討をした。特に、マグネシウム二次電池用電解液の最適化と、その電解液を用いて構造体へマグネシウムイオンを可逆的に脱挿入可能か検討した。結果として、特定の配位構造体には、１サイクル目のみであるが、マグネシウムイオンを可逆的に脱挿入できることが分かった。これらの成果を基盤に、当該年度は可逆的なマグネシウムイオンの脱挿入に関わるサイクル特性と、有機配位子の設計によって電気化学特性を制御する手法の検討を行った。後者の研究は、リチウムイオンの電気化学脱挿入を用いて検討した。まず、マグネシウムイオンの電子伝導性配位構造体への電気化学的脱挿入であるが、サイクルを重ねるごとに高電位側での副反応が顕著になり、電気化学特性が劣化していくことが実験で明らかになった。この現象は、構造体の金属イオンおよび有機配位子を変えても同様に起こることが分かった。電気化学実験後の試料がその構造を維持しているかをＸ線回折法に検討すると、実験前と後でほぼ回折パターンに変化がなかった。このため、特性劣化の原因は、有機電解液にあると考えている。次に、有機配位子の設計によって電気化学特性を制御する手法の検討だが、有機配位子の組成が特性に与える影響は大きいことが示された。当該手法によって電子伝導性配位構造体のエネルギー変換・貯蔵機能を向上させることができる可能性が示された。

这项研究旨在通过阐明电子传导性协调结构的特性作为能量转换和储存材料及其详细的反应机制，以发展为下一代能源设备。去年，我们基于多价阳离子的去insertion，对下一代储能反应进行了基础研究。特别是，我们研究了镁二次电池的电解质的优化，以及是否可以使用电解质从结构中可逆地去除电解质。结果，发现镁离子可以可逆地脱氧于特定的配位结构中，尽管仅是第一个周期。基于这些结果，在本财政年度，我们研究了与镁离子的可逆去含量和通过有机配体设计控制电化学性质的方法相关的周期特征。使用锂离子的电化学除词检查了后一种研究。首先，将镁离子的电化学去插入到电子传导协调结构中，实验表明，在每个循环中，高电势方面的侧反应变得更加明显，从而导致电化学性质的恶化。发现这种现象以相同的方式发生，并随着结构的金属离子和有机配体的改变。当研究X射线衍射以查看电化学实验后的样品是否保持其结构时，实验前后的衍射模式几乎没有变化。因此，人们认为特征的恶化是由有机电解质引起的。接下来，我们研究了一种通过设计有机配体来控制电化学特性的方法，并表明有机配体的组成对其性质具有很大的影响。已经表明，该技术可以改善电子导电协调结构的能量转换和存储功能。