Innovative Rechargeable Battery
Rechargeable batteries are medium that allow non-specialists to experience the concept of energy in real space.
Currently, the most representative rechargeable battery is lithium-ion battery. Lithium-ion batteries, which was the main achievements of the Nobel Prize in Chemistry in 2019, are widely used in small electric devices and automobiles, and play a central role in modern energy technology. On the other hand, lithium-ion batteries have limitations, and the development of energy devices based on new energy conversion principles that exceed them is required.
Energy storage devices that utilize the transfer of multivalent ions and anions between electrodes have the potential to exceed the performance of lithium-ion batteries and are expected to develop, but there are many problems such as ion conduction and reactivity with electrodes.
In order to overcome these problems, we develop new electrodes and electrolytes, and further analyze the physical properties of materials and reaction mechanisms to establish design guidelines for new power storage devices. For example, fluoride shuttle battery, which is a rechargeable battery using the shuttle of fluoride ions, is a battery system in which an extremely high energy density can be expected. An electrode and an electrolyte of the new battery are developed, and the reaction mechanism in the battery is analyzed.
エネルギーという非専門家には理解し難い概念を実空間で体感できる媒体として蓄電池がある。
蓄電池の中で現在最も代表的なものとして、リチウムイオン電池がある。2019年のノーベル化学賞の受賞対象となったリチウムイオン電池は、小型デバイスから自動車など広く用いられ、現代のエネルギー技術において中核的な役割を果たしている。一方では、リチウムイオン電池にも限界があり、それを超える新たなエネルギー変換技術に基づくデバイスの開発が期待されている。
多価イオンやアニオンの電極間の移動を利用した蓄電デバイスは、リチウムイオン電池の性能を超える可能性を持っており、その発展が期待されているが、イオン伝導や電極との反応性など多くの課題がある。
これらの課題を克服するために、新たに電極や電解液を開発し、さらに材料物性や反応機構を解析することで、新しい蓄電デバイスの設計指針を確立する。例えば、フッ化物イオンの移動を用いた蓄電池であるフッ化物イオンシャトル二次電池は、極めて高いエネルギー密度が期待できる電池系であり、電極と電解液を開発し、その反応機構を解析する。
Representative papers
Chem. Phys. Lett. 755, 137785 (2020).
セラミックス 54, 637 (2020).
J. Phys. Chem. C 123, 10246 (2019).
J. Electrochem. Soc. 164, A3702 (2017).