2004 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) |
山村 力 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80005363)
佐藤 讓 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80108464)
河村 純一 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (50142683)
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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.昨年から引き続き、X-114などの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、チャンネルサイズを3nmから22nm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。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。また、リチウムイオンの拡散係数測定をパルス磁場勾配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。370℃での複合体のリチウム拡散係数は、アルミナチャンネルサイズに依存し、その依存性は伝導度と良く対応している。
2.ランタンをドープしたメソ孔アルミナについて一定湿度下で高いプロトン伝導性が発現することを見出した。チャンネルサイズが3nmから15nmへ増加するとともに、2桁にわたって伝導度が向上した。NMR測定、TG/DTA測定より細孔内部のプロトン濃度を定量した。この材料は、湿度60%〜90%の範囲では大きな伝導度の変化は起こらない。一方、AAなどを出発原料としたポリマーコンポジットが作製できることが分った。このコンポジットは、100℃に耐え、10^<-5>Scm^<-1>程度のプロトン伝導を示す。
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