無機-有機複合体保護層を形成することによる金属ナトリウム電極の充放電サイクル安定性の向上

KIM Yun-Jung; LEE Hongkyung; NOH Hyungjun; LEE Jinhong; KIM Seokwoo; RYOU Myung-Hyun; LEE Yong Min; KIM Hee-Tak

文献

J-GLOBAL ID：201702280810520345 整理番号：17A0617499

無機-有機複合体保護層を形成することによる金属ナトリウム電極の充放電サイクル安定性の向上

Enhancing the Cycling Stability of Sodium Metal Electrodes by Building an Inorganic-Organic Composite Protective Layer

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資料名：
巻： 9 号： 7 ページ： 6000-6006 発行年： 2017年02月22日
JST資料番号： W2329A ISSN： 1944-8244 CODEN： AAMICK 資料種別：逐次刊行物 (A)
記事区分：原著論文発行国：アメリカ合衆国 (USA) 言語：英語 (EN)

グリッドスケールでの太陽光や風力発電など,再生可能エネルギーを利用する上では,エネルギー蓄積デバイスが必要となる。その候補としてリチウムイオン電池(LiB)が検討されてきたが,Li資源枯渇による持続可能性が課題となっており,地球上にふんだんに存在するナトリウムを使用し,常温で駆動できるNaイオン蓄電池(SIB)の開発が活発化している。SIBには,資源が豊富であるだけでなく,理論的にはLiBよりも高いエネルギー密度を有する利点もある。しかし,金属Naの高い反応性から,金属Na電極には,充放電サイクル中の電気化学的なNaの堆積と溶解による樹枝状結晶の成長という固有の問題がある。さらに,対極についても同様な問題が存在する。本論文では,簡素であるが強靭な方法として,元々金属Liの安定化のために我々が提案してきた,無機-有機複合体保護層(CPL)の使用による金属Na電極の安定化について報告する。CPLは機械的に強固なAl₂O₃無機粒子と,液体電解質を含侵できるポリ(フッ化ビニリデン-コ-ヘキサフルオロプロピレン)(PVdF-HEP)高分子からなり,Na樹枝状結晶の成長を抑制できるので,金属Na電極の充放電サイクル安定性を改善できる。CPLの形成には,従来のスラリーを用いた直接塗布法は金属Naの強い反応性のために適用できず,自立する膜(FCPL)を作成し金属Na電極に組み込んだ。また,イオン導電率と機械的な強度の調節のために,プロピレンカーボネート(PC)を導入した。異なる特性を有したFCPLを用いて,FCPLの剛性率がある規定値を超えると樹枝状結晶の成長が機械的に抑制される事,電解質の分解はFCPLによって低減できる事,そしてFCPLに対するイオン導電性も繰り返し使用安定性の改善に重要である事を示した。最適化したFCPLを用いることにより,保護層なしの金属Na電極を使用した場合と比べ,0.5mAcm^-2における充放電サイクル安定性を2倍増加できた。

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二次電池 , 電池一般 , 固体デバイス材料 , 固体デバイス計測・試験・信頼性

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