マグネシウム電池の劣化挙動を解明

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2025-05-21 北海道大学

北海道大学大学院理学研究院の小林弘明准教授らの研究チームは、次世代蓄電池として注目されるマグネシウム電池の劣化メカニズムを解明しました。研究では、電解液中の微量な水分が正極材料の分解や集電体の腐食を引き起こし、電池性能の低下を招くことを突き止めました。特に、エーテル系電解液を用いた場合、電解液の水分量が電池の安定性と高エネルギー動作に大きく影響することが明らかとなりました。この成果は、マグネシウム電池の実用化に向けた電解液の水分管理の重要性を示しており、2025年5月19日付で『Advanced Energy Materials』誌に掲載されました。

マグネシウム電池の劣化挙動を解明
微量水分が促進する正極表面の劣化機構

<関連情報>

従来のエーテル電解液を用いたマグネシウム蓄電池における正極/電解液界面の課題解明 Decoding Cathode-Electrolyte Interface Issues in Conventional Ethers Electrolytes-Based Magnesium Rechargeable Batteries

Ruijie Zhu, Takashi Yabu, Cheng Yang, Huijun Yang, Akira Nasu, Toshihiko Mandai, Masaki Matsui, Hiroaki Kobayashi
Advanced Energy Materials  Published: 19 May 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/aenm.202502050

Abstract

Magnesium rechargeable batteries (MRBs), as a promising candidate for next-generation high-energy batteries, offer inherent advantages in terms of resource availability and safety. To identify the key factors for achieving high-voltage MRBs, this study ether-based weakly coordinating anion (WCA) electrolytes—Mg[B(OCH(CF3)2)4]2 (BHFIP) and Mg[Al(OCH(CF3)2)4]2 (AlHFIP)— are investigated under varying water content to elucidate their electrochemical behavior on carbon-coated Al current collectors and MnO2 cathodes. The two electrolytes are found to exhibit different characteristics in moisture, but as a common conclusion, trace water can promote electrolyte decomposition and CEI formation. Ultimately, the BHFIP electrolyte, designed with a low water content, successfully enables reversible Mg||MnO2 cells cycling under high voltage (4 V cut-off, > 50 cycles) by mitigating side reactions, whereas higher water content accelerates solvent/anion decomposition and MnO2 dissolution. The work highlights trace water content as a critical factor in ether-based MRB’s electrolyte design, demonstrating that optimized BHFIP electrolytes have potential in stabilizing high-voltage MRBs while emphasizing the need for moisture-resistant functional materials to enhance battery performance.

0500化学一般
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