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公開番号2025177565
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-05
出願番号2024084519
出願日2024-05-24
発明の名称蓄電デバイス
出願人株式会社豊田中央研究所
代理人弁理士法人アイテック国際特許事務所
主分類H01M 10/36 20100101AFI20251128BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】キャリアイオンとしてカリウムイオンを含む水溶液系電解液を備えた蓄電デバイスにおいて、安価で良好な特性を示すものを提供する。
【解決手段】蓄電デバイスは、正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、正極と負極との間に介在しキャリアイオンとしてカリウムイオンを含む水溶液系電解液と、を備え、下記(1)及び(2)のうちの少なくとも一方を満たす。(1)正極は、正極活物質としてカリウムイオンを吸蔵放出する活物質を有し、正極集電体として、タングステン、アルミニウム、ステンレス鋼及びニッケルのうちの1以上を有する。(2)負極は、負極活物質としてカリウムイオンを吸蔵放出する活物質を有し、負極集電体として、スズ、アルミニウム、ステンレス鋼及びタングステンのうちの1以上を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、前記正極と前記負極との間に介在しキャリアイオンとしてカリウムイオンを含む水溶液系電解液と、を備え、下記（１）及び（２）のうちの少なくとも一方を満たす、蓄電デバイス。
（１）前記正極は、前記正極活物質としてカリウムイオンを吸蔵放出する活物質を有し、正極集電体として、タングステン、アルミニウム、ステンレス鋼及びニッケルのうちの１以上を有する。
（２）前記負極は、前記負極活物質としてカリウムイオンを吸蔵放出する活物質を有し、負極集電体として、スズ、アルミニウム、ステンレス鋼及びタングステンのうちの１以上を有する。
続きを表示（約 250 文字）【請求項２】
前記正極集電体は、ステンレス鋼及びニッケルのうちの１以上である、請求項１に記載の蓄電デバイス。
【請求項３】
前記負極集電体は、アルミニウムである、請求項１に記載の蓄電デバイス。
【請求項４】
前記水溶液系電解液は、支持塩として硝酸カリウムを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の蓄電デバイス。
【請求項５】
前記水溶液系電解液は、支持塩を０．１Ｍ以上２Ｍ以下の濃度で含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の蓄電デバイス。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、蓄電デバイスに関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、蓄電デバイスとして、水溶液系カリウムイオン二次電池が提案されている。カリウムイオン二次電池はキャリアイオンとなるカリウムが自然界に豊富に存在するため、リチウムイオン二次電池に比べて資源リスクの低い電池系と考えられる。また非水系電解液ではなく、水溶液系電解液を用いることで、ドライ雰囲気下での製造プロセスを回避可能となるため、製造プロセスにおけるＣＯ
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排出量の抑制が期待される。このような観点で水溶液系カリウムイオン二次電池は魅力的な電池系である。しかしながら、水溶液系カリウムイオン二次電池に関する報告例は多くなく、活物質、電解液に着目した研究例が主である。活物質や電解液の検討の際に、電位窓の広いチタンを集電体に用いたり（非特許文献１）、電気化学的に安定な金を集電体に用いたり（非特許文献２）した例はあるものの、集電体に着目した研究例は報告されていない。非水系カリウムイオン二次電池において、集電体としてアルミニウムを使用した例はあるが（特許文献１）、水溶液系電解液との組合せは検討されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第７２８１１００号
【非特許文献】
【０００４】
Nature Energy | VOL 4 | JUNE 2019 | 495-503
NATURE COMMUNICATIONS | (2019) 10:4292
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、非特許文献１で用いたチタンや非特許文献２で用いた金は高価であることから、これらを用いた水溶液系カリウムイオン電池も高価であるという問題があった。また、特許文献１で用いたアルミニウムは安価であるものの、上述の通り、水溶液系電解液との組合せは検討されていなかった。
【０００６】
本開示はこのような課題を解決するためになされたものであり、キャリアイオンとしてカリウムイオンを含む水溶液系電解液を備えた蓄電デバイスにおいて、安価で良好な特性を示すものを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成するために、本発明者らは、キャリアイオンとしてカリウムイオンを含む水溶液系電解液を備えた蓄電デバイスにおいて、正極集電体にタングステンやアルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルを用いたり、負極集電体にスズやアルミニウム、ステンレス鋼、タングステンを用いたりすると、安価で良好な特性を示すことを見出し、本開示を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本開示の蓄電デバイスは、
正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、前記正極と前記負極との間に介在しキャリアイオンとしてカリウムイオンを含む水溶液系電解液と、を備え、下記（１）及び（２）のうちの少なくとも一方を満たすものである。
（１）前記正極は、前記正極活物質としてカリウムイオンを吸蔵放出する活物質を有し、正極集電体として、タングステン、アルミニウム、ステンレス鋼及びニッケルのうちの１以上を有する。
（２）前記負極は、前記負極活物質としてカリウムイオンを吸蔵放出する活物質を有し、負極集電体として、スズ、アルミニウム、ステンレス鋼及びタングステンのうちの１以上を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示では、キャリアイオンとしてカリウムイオンを含む水溶液系電解液を備えた蓄電デバイスにおいて、安価で良好な特性を示すものを提供することができる。このような効果が得られる理由は、以下のように推察される。例えば、正極集電体や負極集電体に用いる金属は、チタンや金よりも安価なため、安価な蓄電デバイスを実現できると推察される。また、正極集電体や負極集電体に用いる金属は、水分解反応に対する過電圧が大きく電位窓が広いため、良好な特性を示すものと推察される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
蓄電デバイス１０の一例を示す模式図。
リニアスイープボルタンメトリー（ＬＳＶ）測定結果（実験例１～１２）。
実験例１３の充放電特性評価結果。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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