フッ化物イオン電池向けイオン液体電解液の開発

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2025-04-18 京都大学

京都大学と大阪大学の研究チームは、室温で安定に作動可能なフッ化物イオン電池(FIB)向けの新しいイオン液体電解液を開発した。新たに合成した[MNPA][TFSI]および[NPPA][TFSI]は、従来の溶媒よりもフッ化物塩を高濃度で溶解可能で、化学的安定性にも優れる。特に、5.8Vという広い電位窓を持ち、高酸化電位のAg電極にも対応可能であることを実証。これは、従来の3.5VのBTFE系を大きく上回る性能であり、次世代FIBの性能向上と実用化に貢献する成果とされる。

<関連情報>

室温フッ化物イオン電池用テーラード3-アルコキシ-N,N,N,2,2-ペンタメチルプロパン-1-アンモニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドイオン液体 Tailored 3-Alkoxy-N,N,N,2,2-Pentamethylpropan-1-Ammonium Bis(trifluoromethylsulfonyl)Imide Ionic Liquids for Room-Temperature Fluoride-Ion Batteries

Tiancheng Tan, Richard Murdey, Shunsuke Sumitomo, Kazuyuki Sato, Takeshi Abe, Atsushi Wakamiya
Angewandte Chemie International Edition  Published: 07 April 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/anie.202422299

Graphical Abstract

Two new quaternary ammonium TFSI ionic liquids, [MNPA][TFSI] and [NPPA][TFSI] were designed and synthesized. These ionic liquids readily dissolve quaternary ammonium fluorides (>0.7 M), and the resulting electrolytes have a wide operational voltage range (>5.4 V). Battery performance using Np2F/[MNPA][TFSI] demonstrated stable and reversible (de)fluorination reaction, with stable fluoride ion shuttling for 100 h.

フッ化物イオン電池向けイオン液体電解液の開発

Abstract

Two novel liquid electrolytes for room-temperature fluoride ion batteries are presented. These electrolytes are based on ionic liquids with quaternary ammonium cations 3-methoxy-N,N,N,2,2-pentamethylpropan-1-aminium (MNPA) and N,N,N,2,2-pentamethyl-3-(2,2,2-trifluoroethoxy)propane-1-aminium (NPPA) combined with a bis(trifluoromethylsulfonyl)-imide (TFSI) counterion. Quaternary ammonium fluorides can be added at concentrations up to 0.7 M to a functional fluoride electrolyte with a total diffusivity of 4.99 × 10−12 m2 s−1, a viscosity of 260 mP⋅s and a wide operational voltage range exceeding 5.4 V. The liquid ion electrolyte with the MNPA cation supports stable fluoride ion shuttling for up to 100 h.

0402電気応用
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