高分子電解質の結晶化によって誘起される高強度化メカニズムの解明
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21K14679
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 35020:Polymer materials-related
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| Research Institution | Gifu University (2022-2023)
The University of Tokyo (2021) |
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Principal Investigator |
橋本 慧 岐阜大学, 工学部, 助教 (20888276)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 高分子電解質 / ウェアラブルデバイス / イオン液体 / 伸張誘起結晶化 / 強靭性 / 不燃性 / 高強度高分子電解質 / 伸長誘起結晶化 / スライドリング効果 / 均一網目 / イオンゲル / 電解質 / 強靭化 / 均一網目効果 / 過渡的架橋点 |
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| Outline of Research at the Start |
リチウムイオン二次電池の課題の一つである安全性・信頼性の向上を狙い、不燃・不揮発な高分子系電解質の強靭化を実現することを目的とする。強靭化の手法として、高分子均一網目に部分的な結晶化による過渡的な架橋点を導入するという手法を用いる。以上の効果について、物性評価と小角X線散乱・結晶構造解析といった構造化学的手法の組み合わせで明らかにし、高強度な高分子系電気化学材料の創成と、蓄電デバイスへの適用に繋げる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
一昨年度までの研究で強靭な電解質材料を作製する指針を立てることに成功した。最終年度は、(1)高分子が形成する結晶の過渡的架橋点としての利用、(2)延伸に応答して配向した高分子が形成する伸張誘起結晶化の利用を軸に、より一般的な高分子網目を用いた材料を開発することで、応用可能性を広げることを目的に研究を行った。4分岐ポリエチレングリコールと塩からなる電解質を対象とした。高分子濃度・分岐間の分子量を制御することで伸張誘起結晶化を起こすことに成功した。伸張誘起結晶により亀裂の進展が妨げられ、破断までの応力が飛躍的に伸びることを明らかにした。伸張誘起結晶化は結晶の過渡的架橋点と両立することができ、前者は破壊エネルギーの顕著な増大、後者は硬さ・変形しにくさの指標であるヤング率の向上に繋がることが分かった。
本研究期間中、高分子鎖上をスライド可能な動的な架橋点を有するスライドリング網目とLi塩からなる強靭な電解質を開発した。(1)伸長誘起結晶化による優れた破断エネルギー(>100 MJ/m3) (2)結晶を過渡的架橋点として利用することでの高いヤング率(~ 80 MPa)を実現した電解質であり、これらの機械特性は一般的なエラストマーよりも優れている。高い破断エネルギー・ヤング率・イオン伝導率をすべて兼ね備えた高分子電解質として報告した(2023, Sci. Adv.)。
加えて、この強靭な電解質を作製した知見を利用し、伸張誘起結晶化をはじめとする材料の強靭化を、ゴムに類似の構造を持つより一般的な4分岐高分子網目によって実現した(2024, Macromolecules)。本研究によって、安全性・強靭性・硬さ・イオン伝導性に優れた材料の開発に繋がるのみならず、より一般的な高分子網目の強靭化及び物性の制御に利用できるデザイン方針を提案することができたと考えている。
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Report
(3 results)
Research Products
(23 results)
