2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of molecular crystalline electrolytes with ubiquitous ion conductivity using supramolecular assembly
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15K21045
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
守谷 誠 静岡大学, 理学部, 講師 (70452208)
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2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 固体電解質 / 二次電池 / 燃料電池 / 超分子 / ナトリウム / マグネシウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ナトリウムやマグネシウムといったユビキタス元素を用いた次世代二次電池の実現を目的として、クラーク数が上位にあるこれらの金属イオン高速かつ選択的に伝導させる固体電解質の開発を希少元素に頼ることなく開発するための設計指針を得ること目的とした。具体的には、構成要素として構造多様性に富む分子に注目し、ユビキタス金属を含む塩と小分子との自己集積化と結晶化を利用した伝導パスの構築を試みた（項目１）。また、このような固体電解質のマトリックスとなる新規有機イオン材料の開発も合わせて検討した（項目２）。
項目１では、マグネシウムビストリフルオロメタンスルホニルアミドを出発原料として用い、ここへTHF, 2-メチルTHF, シクロペンチルメチルエーテルといった種々のエーテル化合物を作用させることにより、一連の新規分子結晶を無色透明の単結晶として得た。また、この単結晶を用いてX線構造解析を行うことにより、結晶構造を明らかにした。一連の化合物の結晶構造を比較することにより、用いる有機基質の立体的なサイズが大きくなるにつれマグネシウム周りでの有機基質同士の立体反発が大きくなり、マグネシウムイオンへの対アニオンの配位が促進される傾向があることを見出した。また、得られた結晶性試料が固体状態でイオン伝導性を示すことも明らかした。
また、新規マトリックス材料の開発としてはスルホニルアミドイオンを持つ金属塩の固溶体から、加熱条件下ではあるものの10-3 S cm-1程度と比較的高いイオン伝導性を固体状態で示す試料を得ることに成功した。また、この化合物の構造を参考に、中温無加湿条件下でイオン伝導性を示すプロトン伝導性有機イオン種を開発した。
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