IMRAM

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

東北大学
多元物質科学研究所

LAST UPDATE 2021/05/07

  • 研究者氏名
    Researcher Name

    小林弘明 Hiroaki KOBAYASHI
    助教 Assistant Professor
  • 所属
    Professional Affiliation

    東北大学多元物質科学研究所
    Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

    金属資源プロセス研究センター エネルギーデバイス化学研究分野
    Center for Mineral Processing and Metallurgy, Chemistry of Energy Conversion Devices
  • 研究キーワード
    Research Keywords

    二次電池正極
    ナノ材料
    多電子レドックス反応
    Cathode for Secondary batteries
    Nano-materials
    Multi-electron redox reactions
研究テーマ
Research Subject
多電子レドックス反応を利用した二次電池正極ナノ材料の創成
Developments of Nano-Sized Cathode Materials using Multi-Electron Redox Reactions

研究の背景 Background

二次電池はスマートフォンやノートパソコンに代表される携帯型電子機器向けの小型用途だけでなく電気自動車用や定置用の大型用途の需要が高まり、エネルギー密度、パワー密度など用途に応じた様々な高性能化が求められる。現行の二次電池には高いエネルギー密度を有する観点からリチウムイオン電池が広く用いられているが、更なる高エネルギー密度化を目指す上では原子量が大きい遷移金属の1電子レドックス反応にとらわれない新たな動作原理に基づく革新的二次電池の開発が要求される。

In recent decades, portable electronic devices, such as cellular phones, tablet PCs, and laptops, have become widespread, and electric vehicles have come into use. Lithium-ion batteries have been widely utilized for these high-power applications. With respect to approaches for remarkably improving the energy density of rechargeable batteries, the use of multi-electron redox reactions at cathodes that do not involve transition metals is effective.

研究の目標 Outcome

遷移金属より軽い酸素や硫黄のレドックス反応やマグネシウムイオンなどの多価イオンレドックスを利用した二次電池に適用可能な正極ナノ材料を開発する。超臨界流体プロセスやメカノケミカルプロセス、有機溶媒中でのカチオン制御による液相合成法など最先端の物質合成法を利用したナノ材料合成により電池デバイスの高エネルギー密度化・高出力密度化を目指す。

Developments of nano-materials as cathodes for rechargeable batteries such as magnesium-ion batteries and anion redox batteries. Based on advanced process of nano-materials synthesis including supercritical fluid process and mechanochemical process, we aimed at developing advanced energy devices with high energy and power densities.

研究図Research Figure

Fig.1. Concept of Lithium-peroxide batteries operating on redox reactions between oxide ions and peroxide ions at a cathode.

Fig.2. O K-edge XANES spectra of Co-doped Li2O cathode during charge. They were recorded in the total fluorescence yield mode.

Fig.3. Voltage curves of Co-doped Li2O cathode treated with Vinylene carbonate (VC). The cathode was assembled in a cell with Li anode and 1 M LiPF6/EC-DMC electrolyte containing 5vol% added VC. Charge–discharge were conducted at the current density of 50 mA g–1.

文献 / Publications

J. Power Sources 287, 220 (2015). J. Power Sources 306, 567 (2016). J. Power Sources 322, 49 (2016). J. Power Sources 340, 365 (2017). J. Electrochem. Soc. 164(4), A750 (2017).

研究者HP