mgイオン電池用...
TRANSCRIPT
-
Mgイオン電池用新規有機電極活物質の電気化学特性
2K-04
池田智昭，伊藤正人†，中本康介，加納佑輔，岡田重人†
(九大総理工，九大先導研†)
2015年電気化学会第82回大会
1/21
-
O
Li O
Fe
NaMg
Mn
SiO4
Co
利点・欠点 Li Na Mg
埋蔵量 1 400 300
コスト(炭酸塩)
1 0.2 0.6
イオン体積(CN=6)
3.05 Å3 6.54 Å3 2.66 Å3
標準電極電位
(vs.SHE)
-3.045 V -2.714 V -2.356 V
活物質の結晶構造
反応式LiCoO2 ⇄ 0.5Li
+ + 0.5e-
+Li0.5CoO2
NaFeO2 ⇄
FeO2 + Na+ + e-
MgMnSiO4 ⇄Mg2+ + 2e- + MnSiO4
実用量 150 mAh/g(0.5電子) 80 mAh/g (1電子) 260 mAh/g(1.6電子)
サイクル特性
○ ○ ×
Li+→Mg2+とすることで、高コストパフォーマンスなポストリチウムイオン二次電池を目指す
研究背景～ポストリチウムイオンとホスト化合物の選択～
2/21
-
研究背景～非水系Mgイオン二次電池～
(1) D. Aurbach et al., J. Electrochem. Soc. 157 (2010) A870.
(2) G. Suresh et al., Electrochem. Acta 53 (2008) 3889.
(3) Y. NuLi et al., J. Phys. Chem. C 113 (2009) 12594.
(4) Y. Li et al., Chinese Science Bulletin 56 (2011) 386.
(5) Y. NuLi et al., J. Mater. Chem. 21 (2011) 12437.
(6) J. Sun et al., J. New Mat. Electrochem. Syst. 16 (2013) 253.
(7) H. Sano et al., Chem. Lett. 41 (2012) 1594.
(8) Y. Orikasa et al., Scientific Reports 4 (2014) 5622.
利点の少ない非水系Mg電解液を水系電解液に置き換えることでMgイオン電池における安全性・経済性・導電性を克服できる
溶媒 作動電圧 安全性 経済性 導電性
非水系 〇(3 ~ 4 V) × × ×
水系 ×(1 ~ 2 V) 〇 〇 〇
非水系Mgイオン二次電池 正極 報告例
* THF=テトラヒドロフラン GBL=γ-ブチロラクトン TGM=トリグライム
正極 (対極 Mg 金属) 電解液 容量(mAh/g) Cell電圧 参考文献
Mo3S4
0.25 M
Mg(AlCl2EtBu)2/THF*
76 1.2 V (1)
Mo6S8-nSen 109 1.1 V (2)
Mg1.03Mn0.97SiO4 254 1.5 V (3)
MgFeSiO4 125 1.6 V (4)
MgCoSiO4 300 1.7 V (5)
MgNiSiO4 121 1.6 V (6)
Dimethoxybenzoquinone 0.5 M Mg(ClO4)2/GBL* 260 0.9 V (7)
Ion-exchanged MgFeSiO4 Mg(TFSI)2/TGM* (1/5 mol.) 166 2.0 V (8)
3/21
-
研究背景～水系Mgイオン二次電池の報告例～
(9) 中本,加納, 池田, 岡田, 電気化学秋季大会講演予稿集, 2R05 (2014) 295.(10) 智原, 伊藤, 中本, 加納, 岡田, 永島, 電気化学会第81回大会講演要旨集, 3S30 (2014).
非水系Mgイオン二次電池 正極 報告例正極 (対極 Mg metal) 電解液 容量(mAh/g) Cell 電圧 参考文献
Mo3S4
0.25 M
Mg(AlCl2EtBu)2/THF※
76 1.2 V (1)
Mo6S8-nSen 109 1.1 V (2)
Mg1.03Mn0.97SiO4 254 1.5 V (3)
MgFeSiO4 125 1.6 V (4)
MgCoSiO4 300 1.7 V (5)
MgNiSiO4 121 1.6 V (6)
Dimethoxybenzoquinone 0.5 M Mg(ClO4)2/GBL※ 260 0.9 V (7)
Ion-exchanged MgFeSiO4 Mg(TFSI)2/TGM※ (1/5 mol.) 166 2.0 V (8)
4/21
作用極 (対極 Zn metal) 電解液容量
(mAh/g)
電圧(vs.Mg)
参考文献
MgMnSiO4 1.5 M MgSO4 aq. 266 3.0 V (9)
TAPQ (Tetraazapentacenequinone) 2 M Mg2SO4 aq. 250 2.4 V (10)
DAAQ (Diazaanthraquinone) 2 M MgSO4 aq. 260 2.2 V This work
水系Mgイオン二次電池 報告例
MgMnSiO4正極に対する有望な負極の探索が必要
-
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
研究背景～水系イオン電池の制約～
E = 1.23 – 0.059pH (vs. NHE)
酸素発生電位
水素発生電位E = – 0.059pH (vs. NHE)
Stability window of water
E (
V)
vs. N
HE
水の電位窓と水系Mgイオン電池用電極活物質候補
E (
V)
vs. N
a/N
a+ E
(V) v
s. M
g/M
g2+
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
14121086420pH
4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
E (V
) vs. L
i/Li +
DAAQ
(anode)
This work
DAAQは水の電位窓の下限付近で充放電するため水系イオン電池に好適
MgMnSiO4(cathode)
TAPQ
(anode)AQ
(anode)
5/21
-
C=N基の導入による電気化学特性への影響
O
O
N
N
O
O
DAAQAQ
C=N基の導入
・ヘテロ環の導入C=Oと連動したC=N部位のレドックスへの関与→理論容量の増大
6/21
-
C=N基の導入による電気化学特性への影響
N N
O O
O
O
N
N
O
O
O O
7
N原子の有無と構造異性による影響を検討し電極活物質の分子設計に応用する
DAAQAQ
化合物 1 化合物 2
C=N基の導入
構造異性体 構造異性体
C=Oと連動したC=N部位のレドックスへの関与→理論容量の増大
7/21
C=N基の導入
(フェナントレンキノン) (フェナントロリンジオン)
-
C=N基の導入による電気化学特性への影響
N N
O OO
O
N
N
O
O
DAAQAQ1
8/21
O O
2
N N
O O
2フェナントロリンジオン
O O
1フェナントレンキノン
誤
正
O
O
N
N
O
O
DAAQAQ
Fig.1 キノン誘導体負極候補化合物の構造式
-
セル構成 (ビーカーセル)
作用極(WE) Anode ：AB：PTFE＝70：25：5
電解液(EL) 2 M MgSO4 aq.
対極(CE) Zn metal
参照極(RE)銀塩化銀電極(Ag/AgCl)
in sat. KCl aq. = 0.199 V vs. NHE
条件 定電流試験@25℃
セルの構成
ビーカーセルの模式図
WE
Ti mesh
CE
Zn metal
WE pellet
(2 mg,φ2)CE pellet
(>4 mg,φ4)EL
RE
装置 遊星ボールミル装置
回転速度 200 rpm
時間 30 min
放電反応(Mg挿入反応) 充電反応(Mg脱離反応)
作用極 DAAQ + Mg2+ + 2e- → DAAQMg DAAQMg → DAAQ + Mg2+ + 2e-
対極 Zn + MgSO4 → ZnSO4 + Mg2+ + 2e-
2H2O + 2e- → H2↑ + 2OH
-
ZnSO4 → Zn + SO42- + 2e-
カーボンコート条件
充放電反応式
9/21
-
AQ , DAAQ負極の充放電曲線x in C14H8O2Mgx
DAAQ / 2 M MgSO4 aq. / Zn
電圧範囲 : -0.8 V ~ 0.6 V vs . Ag/AgCl 0.2 mA/cm2
O
O
AQ / 2 M MgSO4 aq. / Zn
電圧範囲 : -0.9 V ~ 0.6 V vs . Ag/AgCl 0.2 mA/cm2
AQ
0.1 V
0.5 V0.1 V
x in C12H6N2O2Mgx
Voltage (
V)
vs. A
g/A
g+
Volta
ge (V
) vs. M
g/M
g2+
Cap
acity (
mA
h/g
)
Cycle number
300
250
200
150
100
50
012108642
discharge
charge
300
250
200
150
100
50
012108642
discharge
charge
N
N
O
O
DAAQCa
pa
city (
mA
h/g
)
Cycle number
放電反応(Mg挿入反応) 充電反応(Mg脱離反応)
作用極 DAAQ + Mg2+ + 2e- → DAAQMg DAAQMg → DAAQ + Mg2+ + 2e-
対極 Zn + MgSO4 → ZnSO4 + Mg2+ + 2e-
2H2O + 2e- → H2↑ + 2OH
-
ZnSO4 → Zn + SO42- + 2e-
DAAQの反応
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
3002001000
Capacity (mAh/g)
1.00.50.03.5
3.0
2.5
2.0
1st 2nd
10/21
C=N基の導入により容量が増加し充放電効率が上がったがサイクル劣化には問題を残した
1st Discharge
1st Discharge
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
3002001000
Capacity (mAh/g)
1.00.50.03.5
3.0
2.5
2.0
1st 2nd
-
AQ , DAAQ構造異性体の化合物1, 2の充放電曲線
N N
O O
300
200
100
0
Cap
acity (
mA
h/g
)
2015105Cycle number
discharge
charge
化合物 2
300
200
100
0
Cap
acity (
mA
h/g
)
20161284Cycle number
discharge
chargeO O
化合物 1
化合物 2 / 2 M MgSO4 aq. / Zn電圧範囲 : -0.9 V ~ 0.6 V vs . Ag/AgCl 0.2 mA/cm2
0.5 V
0.1 V
x in C14H8O2Mgx
x in C12H6N2O2Mgx
Voltage (
V)
vs. A
g/A
g+
Volta
ge (V
) vs. M
g/M
g2+
化合物 1 / 2 M MgSO4 aq. / Zn電圧範囲 : -0.9 V ~ 0.6 V vs . Ag/AgCl 0.2 mA/cm2
11/21
1st Discharge
1st Discharge
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
300250200150100500
Capacity (mAh/g)
1.00.50.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1st 2nd
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
300250200150100500
Capacity (mAh/g)
1.21.00.80.60.40.20.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1st 2nd
C=N基の導入による効果はAQ, DAAQと同様だったが構造を折り曲げると化合物1, 2ともにパフォーマンスが低下した
-
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
水の電位窓と化合物1， 2の反応電位
E = 1.23 – 0.059pH (vs. NHE)
酸素発生電位
水素発生電位E = – 0.059pH (vs. NHE)
Stability window of water
E (
V)
vs. N
HE
水の電位窓と水系Mgイオン電池用電極活物質候補
E (
V)
vs. N
a/N
a+ E
(V) v
s. M
g/M
g2+
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
14121086420pH
4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
E (V
) vs. L
i/Li +
DAAQ
(anode)
This work
DAAQは水の電位窓の下限付近で充放電するため水系イオン電池に好適
MgMnSiO4(cathode)
TAPQ
(anode)AQ
(anode)
化合物2
化合物1
12/21
-
x1
03
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
10
10
40353025201510
x1
03
x1
03
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
10
10
DAAQ，AQの充放電に伴う構造変化 (ex-situ XRD)
1st Discharge
2nd Discharge
2θ (degree)AQ, DAAQの各充放電過程におけるXRD測定結果
Initial AQ Pellet
2nd Charge
Initial DAAQ Pellet
1st Discharge
2nd Discharge
2θ (degree)
1st Charge
2nd Charge
1st Charge
Inte
nsity(a
.u.)
MgSO4
O
O
N
N
O
O
DAAQは充放電による結晶構造の変化が認められたが、Mg挿入後の構造は未解明
13/21
PTFE PTFE
-
各化合物の初期構造における測定 (FT-IR)
DAAQ
AQ
Phenanthrenquinone
Phenanthrolinequinone
1700~1600 cm-1にC=O基の対称伸縮と非対称伸縮がそれぞれ観測される
N
N
O
O
O
O
N N
O O
O O
C=O伸縮
Wavenumber [cm-1]4000
4000
3000
3000
2000
2000
1000
1000
各化合物の初期構造におけるIR測定結果
14/21
-
DAAQの充放電に伴う分子構造変化 (ex-situ FT-IR)
N
N
O
O
Wavenumber [cm-1]
DAAQ
Mg2+挿入脱離により、C=Oのレドックスが進行していることを確認
15/21
1800
1800
1600
1600
1400
1400
1200
1200
1000
1000
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
3002001000
Capacity (mAh/g)
1.00.50.0
3.5
3.0
2.5
2.0
①初期構造
②Mg挿入末端
③Mg脱離末端
①
②
③
Voltage (
V)
vs. A
g/A
g+
x in C12H6N2O2Mgx
Volta
ge (V
) vs. M
g/M
g2+
N
N
O
O
Mg2+挿入還元体
Mg2+脱離 N
N
O
O還元 酸化
① ② ③
C=O還元されている可能性
-
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
3002001000
Capacity (mAh/g)
1.00.50.03.5
3.0
2.5
2.0
DAAQの充放電に伴う分子構造変化
Mg2+1モル分は2電子反応相当
x in C12H6N2O2Mgx
N
N
O
O
Mg2+挿入
①
N
N
O
O
Mg
Mg
R
R
n②
③
N
N
O
O
Mg
予想される2電子反応図
N
N
O
O
Mg
Mg
R
R n
DAAQの充放電結果
16/21
Mg挿入反応
Voltage (
V)
vs. A
g/A
g+ V
olta
ge (V
) vs. M
g/M
g2+
2つのC=O基還元
2つのC=N基還元
C=N, C=O基それぞれ還元
-
DAAQの充放電に伴う分子構造変化①
x in C12H6N2O2Mgx
N
N
O
O
Mg2+挿入 N
N
O
O
Mg
Mg
R
R n
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
3002001000
Capacity (mAh/g)
1.00.50.03.5
3.0
2.5
2.0
1st 2nd
O
O
AQ
17/21
p-quinone構造だけではMg2+0.4モル分しか反応しない
p-quinone構造
Mg2+0.4モル分は1約電子反応相当
1st Discharge(Mg挿入反応)
DAAQ 2電子反応
DAAQ
-
0 10 20 30 40 50-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1st
2nd
3rd
Vo
ltag
e (
V)
vs. A
g+/A
gC
l
Capacity (mAh/g)
N
N
O
O
DAAQの充放電に伴う分子構造変化②
N
N
O
O
Mg
Mg
R
R
n
Mg2+挿入
N
N
フェナジン / 2 M MgSO4 aq. / Zn電圧範囲 : -0.8 V ~ 0.6 V vs . Ag/AgCl 0.2 mA/cm2
フェナジンの充放電グラフ
18/21
フェナジン
pyrazine構造だけでは反応がほとんど進ない
←Discharge(Mg挿入反応)
Pyrazine構造
-
DAAQの充放電に伴う分子構造変化③
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
3002001000
Capacity (mAh/g)
1.00.50.03.5
3.0
2.5
2.0
1st 2nd
Mg2+1モル分は2電子反応相当
x in C12H6N2O2Mgx
N
N
O
O
Mg2+挿入
①
N
N
O
O
Mg
Mg
R
R
n②
③
N
N
O
O
Mg
予想される2電子反応図
N
N
O
O
Mg
Mg
R
R n
N
N
O
O
DAAQの充放電結果
DAAQの高容量化はC=OとC=N基が連動したレドックス由来に起因
19/21
C=N, C=O基それぞれ還元
2つのC=N基還元
2つのC=O基還元
-
まとめ
・ヘテロ環導入および構造異性における電気化学特性の変化
・推定レドックスメカニズム
・構造異性変化が及ぼす効果初回放電容量 : 260 → 140 mAh/g充放電容量は13サイクル目でDAAQの1/10まで劣化
N N
O O
・DAAQを用いた水系Mgイオン電池初回放電容量 : 100 → 260 mAh/g良好な充放電効率
N
N
O
O
N
N
O
O
Mg
・C=NとC=O基が連動したレドックスMgイオン二次電池の大容量化に寄与した可能性1価Li+，Na+への適用は不適である可能性
20/21
O
O
DAAQAQ
N
N
O
OC=N基導入構造異性体
DAAQ o-quinone類
pyrazine構造の優位性 p-quinone構造の優位性
N
N
O
O
DAAQ
Mg2+挿入
還元
Mg2+脱離
酸化
-
ご清聴ありがとうございました
21/21
-
0.1 V
x in C12H6N2O2Mgx
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
3002001000
Capacity (mAh/g)
1.00.50.03.5
3.0
2.5
2.0
1st 2nd
1st Discharge
DAAQのサイクル劣化について
DAAQの溶解により黄色に着色されている可能性
300
250
200
150
100
50
012108642
discharge
charge
N
N
O
O
DAAQ
Cap
acity (
mA
h/g
)
Cycle number
サイクル後
充放電後のDAAQ
-
x1
03
15
15
14
14
13
13
12
12
11
11
10
10
x1
03
x1
03
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
10
10
40353025201510
DAAQ，AQの充放電に伴う構造変化 (ex-situ XRD)
2θ (degree)DAAQの各充放電過程におけるXRD測定結果
Initial DAAQ Pellet
1st Discharge
2nd Discharge
2θ (degree)
2nd Charge
1st Charge
MgSO4
N
N
O
O
充放電過程で結晶性に変化が見られサイクル劣化への寄与が示唆される
23/22
PTFE
151413121110
-
x1
03
x1
03
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
10
10
化合物1, 2の充放電に伴う結晶構造変化 (ex-situ XRD)x1
03
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
10
10
1st Discharge
2nd Discharge
2nd Charge
1st Charge
1st Discharge
2nd Discharge
化合物 1
2θ (degree)
Initial pellet
2nd Charge
1st Charge
2θ (degree)
化合物 2
Initial pellet
Inte
nsity(a
.u.)
O O
N N
O O
MgSO4
どちらも構造変化が顕著であることからサイクル劣化の原因として考えられる 24
-
1800
1800
1600
1600
1400
1400
1200
1200
1000
1000
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
3002001000
Capacity (mAh/g)
1.00.50.0
3.5
3.0
2.5
2.0
AQの充放電に伴う分子構造変化 (ex-situ FT-IR)
O
O
AQ
25
Wavenumber [cm-1]
①
②Mg挿入
③Mg脱離
①
②
③
① O
O
Mg
Mg
R
R
O
O
Mg2+挿入 Mg2+脱離
還元 酸化
② ③O
O
IRスペクトルからC=O基のレドックスが進まず容量が確保できないと考えられる
-
化合物1の充放電に伴う分子構造変化
Wavenumber [cm-1]
Initial pellet
1st Discharge
1st Charge
O O
O O-
O O
Mg2+挿入
Mg2+脱離
261800
1800
1600
1600
1400
1400
1200
1200
1000
1000
300
200
100
0
Cap
acity (
mA
h/g
)
20161284Cycle number
discharge
chargeO O
化合物 1
0.5 V
化合物 1 / 2 M MgSO4 aq. / Zn電圧範囲 : -0.9 V ~ 0.6 V vs . Ag/AgCl 0.2 mA/cm2
1st Discharge-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
300250200150100500
Capacity (mAh/g)
1.00.50.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1st 2nd
x in C14H8O2Mgx
-
化合物2の充放電に伴う分子構造変化
1800
1800
1600
1600
1400
1400
1200
1200
1000
1000
N N
O O
Wavenumber [cm-1]
C=O消失
C=O消失
化合物 2
Initial pellet
1st Discharge
2nd Discharge
2nd Charge
1st Charge
O O-
Mg2+挿入
Mg2+挿入
Mg2+脱離
Mg2+脱離
N N
O O
C=O消失
O O-
O-
O-
O O-
27
-
1800 1600 1400 1200 1000 800 600
Tran
sm
itta
nce (
%)
Wavenumber (cm-1)
1800 1600 1400 1200 1000 800 600
図15 化合物2(右)のEx situ FT-IR測定結果
化合物2
N
N
2Na 脱離
Powder
Initial
2Na放電2Na 挿入
IR測定におけるC=Nピークについて
-
0 50 100 150 200 250 300 350-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0 1st
2nd
3rd
Vo
ltag
e (
V)
vs. A
g+/A
gC
l
Capacity (mAh/g)
化合物2/2 M Na2SO4 aq./Zn電圧範囲：-0.8 ~ 0.5 V vs. Ag/AgCl
1Na 2Na
図9 化合物2/2 M Na2SO4 aq./Zn の充放電プロファイル.
電気化学特性－充放電プロファイル
N
N
作用極：C12H8N2 + 2Na+ + 2e-⇄ C12H6N2Na2O2
対極：Na2SO4 + Zn⇄ ZnSO4 + 2Na+ + 2e-
-
0 5 10 15 20 25 30 350
100
200
300
Discharge Charge
C
ap
acit
y (
mA
h/g
)
Cycle Number
図10 化合物2/2 M Na2SO4 aq./Zn 水系電池のサイクル特性.
電気化学特性－サイクル特性
N
N
-
研究背景 Naイオン２次電池水系電解液 報告例Cathode Anode Electrolyte Capacity Votage Ref.
Zn NaTi2(PO4)32 M Na2SO4aq.
121 mAh/g-anode half cell (9)2011
Na0.44MnO2 NaTi2(PO4)3 42 mAh/g-cathode 1.1 V (10)2011
Na2FeP2O7 NaTi2(PO4)3 4 M NaClO4 aq. 58 mAh/g-cathode 0.9 V (11)2012
Na2NiFe(CN)6 NaTi2(PO4)3 1 M Na2SO4 aq. 100 mAh/g-anode 1.3 V (12)2013
NaVPO4F 5M NaNO3 aq. 40 mAh/g-cathode+anode 1.0 V (13)2014
Zn TAPD2 M Na2SO4 aq. 230 mAh/g-anode
half cell
(14)20143 M MgSO4 aq. 250 mAh/g
Zn2 M Na2SO4 aq. 160 mAh/g
(15)20143 M MgSO4 aq. 207 mAh/g-anode
MgMnSiO4 NaTi2(PO4)31.5 M MgSO4 aq.
+1.5 M Na2SO4aq.165 mAh/g-cathode 0.8 V
中本さん(現在)
N N
O
O
O
O
R R
n
Poly-
NTCDI
N
N
N
N
O
O
O
O
N
N
DAAQ
9) S. -I. Park et al., J. Electrochem. Soc., 158 (2011) A1067.
10) S. Okada et al., 220th ECS Meeting Abstract, 297 (2011).
11) 中本ら, 第53回電池討論会講演要旨集, (2012), 1E31.12) X. Wu et al., Electrochem. Commn., 145 (2013) 31.
13) H. Qin et al,Power Sources, 249 (2014) 367.
14) 智原ら, 電気化学春季大会講演要旨集, (2014), 3S30.15) 中本ら,化学関連支部合同九州大会講演予稿集,(2014) EC-6-099.
利点の少ない非水系Mg電解液を水系電解液に置き換えることで、Mgイオン電池における安全性・経済性・導電性の欠点を払拭できる
31
-
水系イオン電池と現行Liイオン電池の比較
-
補足
Capacity [mAh/g] = n x F [C/mol] x103
M [g/mol] x 3600 [s/h]
n:電子反応数F:ファラデー定数M:分子量
エネルギー密度(Wh/kg) ＝電圧(V)×容量(Ah/kg)
特性 リチウム ナトリウム
資源量比 1 1000
コスト(炭酸塩) $5,000/t $150/t
原子量 6.9 g/mol 23 g/mol
イオン体積 1.84 Å3 4.44 Å3
理論容量 3.829 mAh/g 1.165 mAh/g
標準電極電位vs. SHE
-3.045 V -2.714 V
3333
-
研究背景 ~ 現行二次電池の種類 ~
２次電池の種類
電解液 水溶液 非水系電解液 固体電解質
代表例利点/欠点
ニッケル水素電池高出力
メモリー効果
リチウムイオン電池高エネルギー密度
引火性高価
低イオン伝導率
ナトリウム硫黄電池レアメタルフリー室温作動不可
アプリケーション
ハイブリッド自動車 電気自動車 発電所
蓄電量 1,300 Wh 16,000 Wh 80,000 kWh
-
S
rM
t
jS = iM
150 mAh/gの活物質想定、重量当り電流密度：7.5 mA/g = (1/20)*(150 mA/g) = 1/20C塗布品の場合、同じCレートでペレットに比べ、面積当りの電流密度は20倍以上甘い試験条件。ペレットに比べて、塗布品が倍近く良好な特性が出て当たり前。市販スマホの電池用正極なら20 mg/cm2程度。スラリー厚みは60～70 μm程度(片面) 。
実際の電極厚
電極ペレットについて