2003 Fiscal Year Annual Research Report
固体電解質のナノチャンネル化と新規イオン機能の開拓
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15510097
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
前川 英己 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (60238847)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河村 純一 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教授 (50142683)
佐藤 讓 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80108464)
山村 力 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80005363)
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| Keywords | イオン伝導体 / メソポーラス物質 / ナノ複合体 / リチウムイオン / プロトン / 自己組織化 / サイズ効果 |
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| Research Abstract |
本研究では、イオン伝導体をナノサイズのチャンネルを持った酸化物(アルミナ)中に導入することにより、イオン伝導度の大幅な向上とそのメカニズムの理解を目指したものである。本年度研究により以下の点が明らかになった。
1、界面活性剤を鋳型として用いるゾルーゲル法によりナノチャンネルアルミナを合成した。その際、用いる鋳型高分子の大きさ、形、合成条件の最適化により、チャンネルサィズを3nmから20nmまでの範囲でコントロールできた。合成されたメソ孔アルミナ中にリチウムイオン伝導体であるヨウ化リチウムを導入した。電気伝導度をインピーダンス法にて測定したところ、純ヨウ化リチウムと比較して伝導度の大幅な増加を観測した。
2、伝導度にはチャンネルサイズ依存性が見られ、チャンネル径を4〜12nmまで変化させたところ、サイズの減少に伴って、伝導度が増加した。このことから、アルミナの表面電荷によってヨウ化リチウム中に生ずる空間電荷層が、ナノ構造により重なり合い、そこでの欠陥濃度が飛躍的に増加す、るという、ナノサイズ効果が発現することで、伝導度が向上した可能性が示唆された。
3、負極:リチウム金属、正極:ヨウ素、とし、本研究で作製した電解質を用いた一次電池を作製した。その起電力を測定したところ、ヨウ化リチウムの分解電圧(2.8V)と一致した。このことから、本研究で作製した電解質は、純粋なリチウムイオン伝導体であることが示唆された。また、リチウムイオンの拡散係数測定をNMR法にて行ったところ、伝導度と拡散係数の間にアインシュタイン式の成立を確認した。
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[Publications] 前川: "High temperature proton NMR study of yttrium doped barium cerates"Solid State Communications. 130. 73-77 (2004)
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[Publications] 前川: "Size Dependent Ionic Conductivity Observed for Ordered-Mesoporous Alumina-Lil Comnosite"Solid State Ionics. (In press). (2004)
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[Publications] 前川: "Enhanced Ionic Conduction Observed for Ordered Mesoporous Alumina-Ionic Conducotor Comnosite"MRS Symposium Proceedings. 756. EE6.18.1-EE6.18.8 (2003)
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[Publications] 前川: "Meso/macroporous inorganic oxide monoliths from polymer foams"Advanced Materials. 15. 591-596 (2003)
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[Publications] Mehmood: "Electro-deposition of tantalum on tungsten and nickel in LiF-NaF-CaF_2 melt containing K_2TaF_2-Flectrochemical study"Materials Transactions. 44. 259-267 (2003)
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[Publications] Mehmood: "Compact coating of tantalum on tungsten prepared by molten salt electrodenosition"Materials Transactions. 44. 1659-1662 (2003)
