| Project/Area Number |
23K13834
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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 36020:Energy-related chemistry
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
山本 大樹 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究員 (90909764)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | イオン伝導体 / フッ化物シャトル電池 / 裸のFイオン / フッ化物 / 水素結合 |
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| Outline of Research at the Start |
フッ化物シャトル電池（FSB）はFイオンを電荷担体とする次世代蓄電池で、現行のリチウムイオン電池より大幅な高エネルギー密度化の可能性を有する。FSBの課題の一つに、現行の無機固体電解質の低いFイオン伝導率がある。現状150℃程度で電池作動させており、室温作動可能な高Fイオン伝導体の開発は急務である。本研究では「裸のFイオン」に基いた電解質設計を行う。裸のFイオンとはカチオンとの相互作用が弱いFイオンで、その弱い相互作用から高Fイオン伝導率の実現が期待される。嵩高い有機カチオンまたは水素結合供与体によって、裸のFイオンを有する有機固体電解質を作製し、作動温度の低温化、充放電速度の向上を図る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、「裸のF」に基づいてFイオン伝導体を設計することで、現行の無機系固体電解質を上回る高いFイオン伝導率を実現し、作動温度の低下、レート特性の向上等のフッ化物シャトル電池の特性を向上させることである。裸のFイオンは嵩高い有機カチオンを対カチオンとすることで得られ、カチオンとFイオンとの静電的相互作用を弱めることで、高Fイオン伝導率が得られると期待される。
本年度は主として、嵩高い有機カチオンを用いたフッ化物塩と、それを用いた固溶体の合成方法の開発に取り組んだ。嵩高い第3級アミン化合物とヨウ化アルキルを反応させる、メンシュトキン反応により、初めに前駆体として嵩高いカチオンを有するヨウ化物塩を合成した。これをメタノール中でフッ化銀と反応させてIイオンをFイオンに置換し、溶媒を除去することで嵩高いカチオンを有するフッ化物塩を得た。溶媒が除去されていること、有機カチオンがFイオンにより分解されていないことは、核磁気共鳴測定により確認した。こうして得られた２種類のフッ化物塩で構成される固溶体を種々の組成比で作製し、交流インピーダンス法によりイオン伝導率を評価したところ、フッ化物シャトル電池に適用されることの多いタイソナイト系無機固体電解質のLa1-xBaxF3-x (x ≒ 0.10) 固溶体と同等以上のFイオン伝導率を示すことがわかった。固溶により2桁イオン伝導率が向上しており、固溶は粉末X線回折測定によっても確認された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
有機フッ化物塩の合成や固溶体の合成方法、得られた材料のイオン伝導率の評価方法を確立することができたため。合成については、フッ化物イオンと溶媒の強い相互作用から溶媒を除去できるかが課題であったが、溶媒を除去する方法も確立することができた。また、得られた固溶体が優れたFイオン伝導度を示すこともわかり、当初からの研究方針が適切であることもわかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、得られたフッ化物塩の結晶構造解析や、フッ化物シャトル電池への応用、水素結合供与体の導入を含めた、その他材料の組み合わせの検討を行う。
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