| Project/Area Number |
23K17370
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 36:Inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
獨古 薫 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (70438117)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
信田 尚毅 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (20839972)
小久保 尚 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 講師 (80397091)
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| Project Period (FY) |
2023-06-30 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000)
Fiscal Year 2026: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2025: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
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| Keywords | 電解質 / エントロピー / 電池 / 電解合成 / 電解液 / 電気化学 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、複数の有機分子と電解質塩の多成分混合によるハイエントロピー効果により、液体状態を安定化したハイエントロピー電解質融体(HEE)を開発する。電解液を2成分系から多成分系へ拡張することでHEEのライブラリーを爆発的に拡大させ、従来電解液には用いられてこなかった難溶性物質をハイエントロピー効果により温和な条件で高濃度に溶解させた新規HEEを開発する。溶媒分子と電解質の相互作用によるシナジー効果で、HEEの特異な物性や機能を引き出し、次世代蓄電池、有機フッ素化合物やCO2を原料とした有用物質の有機電解合成への応用に関する研究を推進することで、持続可能社会の実現に貢献する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、複数の有機分子と電解質塩の多成分混合によるハイエントロピー効果により、液体状態を安定化した“ハイエントロピー電解液”を開発している。
2024年度は、硝酸リチウム(LiNO3)をスルホラン(SL)に溶解させた電解液を調製し、電気化学特性を解析した。SLはLiNO3を2 mol/L以上の高濃度まで溶解させることが可能である。しかし、このLiNO3／SL電解液中では、Liイオンと硝酸イオンが会合している割合が高く、イオン伝導率が低い。そこで、LiNO3／SL電解液にLiN(SO2CF3)2 (LiTFSI)を加えた電解液を調製した。この電解液中では、LiイオンとTFSIイオンが高い割合で解離しており、比較的高いイオン伝導性を示した。この電解液中で電気化学的にLi金属の析出・溶解を行ったところ、高いクーロン効率での析出・溶解を繰り返すことが可能で、電解液の分解が抑制されることが分かった。これは、硝酸イオンがLi金属上で微量分解して不働態被膜を形成したためである。このことから、この電解液はLi金属を負極とした次世代蓄電池の電解液として有望であると期待される。
また、有機電解合成用のハイエントロピー電解液も開発し、マイクロリアクターを用いたフロー有機電解合成の研究にも着手した。弱配位性支持電解質であるBu4NB(C6F5)4を有機電解合成に利用し、この塩が電解酸化により容易に分解しルイス酸であるビス(ペンタフルオロ)フェニルボランを発生することを見出し、電解発生ルイス酸という新概念を提唱するに至った。溶媒・支持電解質・ルイス酸が混在するこのハイエントロピー電解液は、強力なルイス酸性を示し、フロー電解と組み合わせることでさまざまな有用な分子変換に適用可能であることを明らかとした。
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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
当初の計画に従い，リチウムイオン伝導性のハイエントロピー電解液の設計・開発を進めており、調製したハイエントロピー電解液の熱物性やイオン輸送特性、電気化学特性の解析を行っている。リチウム金属負極における不働態被膜の形成や電解液中におけるリチウムイオンの化学ポテンシャルがリチウム金属負極の充放電の可逆性に及ぼす影響が明らかになりつつあり、今後の電解液設計に有用な知見を得ることができた。さらに、有機電解合成用のハイエントロピー電解液の開発とこれを用いた有機合成にも着手しており、電解発生ルイス酸という新概念の提唱することができた。以上から、研究はおおむね順調に進捗していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2025年度は、エーテル系溶媒や炭酸エステル類を溶媒に用いて、超高濃度にリチウム塩を溶解させたハイエントロピー電解液を開発し、電解液中のリチウム塩の溶媒和構造、熱安定性、イオン伝導性、イオン輸率、電気化学特性の系統的な実験データを蓄積する計画である。また、電極／ハイエントロピー電解液界面における電気化学反応過程や反応速度に及ぼす影響を検討し、電池応用に向けた研究も開始する。また、有機電解合成用のハイエントロピー電解液開発では、難関物質変換の合成を指向して、電解液組成が電解反応過程や目的物質の収率に及ぼす影響について系統的な実験データを蓄積する。以上により、ハイエントロピー電解液の学術的基盤の構築を進め、開発した電解液の応用研究も進める計画である。
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