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全固体型 多価金属二次電池に向けて No.10

マグネシウムヨウ素二次電池における”ヨウ素のシャトル効果”の問題

積層型非液体電解質二次電池(マグネシウムヨウ素イオン二次電池)

による課題解決へのアプローチ

2023.11.6

マグネシウム二次電池に関して，異分野の者が検討を始めて約4か月となりましたが，少しずつ，マグネシウム二次電池の問題点や業界の常識を知るようになってきました。これにはある機会に、SAITECのK氏に御教示いただいたことが大きかったです。感謝致します。

そこで，私たちが検討を行っているマグネシウム二次電池（今後、”マグネシウムヨウ素イオン二次電池”　と呼称）の構造と特徴に関して再検証したく思います。

以下は，マグネシウムヨウ素二次電池における”ヨウ素のシャトル効果”の問題と解決に向けたアプローチです。

マグネシウムヨウ素二次電池における”ヨウ素のシャトル効果”の問題

マグネシウムヨウ素二次電池の一形態においては，マグネシウム電極を負極，カーボン電極を正極とした場合，

アノード電極の電極反応は，以下のようになります。

カソード電極では

ここで，マグネシウムヨウ素二次電池では，M=マグネシウムMg，X=ヨウ素Ｉ

同時に、中間のポリヨウ化物が継続的に形成され、

放電/充電プロセスの終了時にはX - /X 2

全反応は、

マグネシウムヨウ素二次電池においては，正極において種々のポリヨウ素化合物とそれらのイオン種が形成され，それらが電解質中を物質移動（シャトル）することで電池特性の劣化が起こります（ヨウ素のシャトル効果）。

そのため，構造Aにおいては，ヨウ素（分子）を非液体電解質に加えず，複数の層構造によって，正極側と負極側での電気化学反応に係わる化学種を規制しています。具体的には，第二非液体電解質(21)によって，第一非液体電解質層（20）に含まれるヨウ素イオン（Ｉ^－)の正極への物質移動（シャトル）を防ぎ，正極でのヨウ素イオンの酸化還元反応やポリヨウ素化合物とそれらのイオン種の生成を抑制しています。

さらに，構造Aでは，ポリヨウ素化合物とそれらのイオン種が副反応で生じた場合に備えて，イオン種の物質移動（シャトル）を防ぐための層（31）を設けています。

上記のような構造Aでは，従来のマグネシウムヨウ素二次電池とは異なり，ヨウ素分子の酸化還元反応が介在しせず，酸化還元反応系が異なっていることから，従来型のマグネシウムヨウ素二次電池との区別のために，

今後は，

マグネシウムヨウ素イオン二次電池

と呼称することにいたします。