2016 Fiscal Year Annual Research Report
イオン液体の粘性による制限を超えた溶質金属イオンの高効率拡散機構の検証と解明
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16H04096
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
福井 賢一 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (60262143)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 表面・界面 / イオン液体 / 拡散機構 / 原子間力顕微鏡 / 光電子分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
不揮発・難燃性でかつ広い電位窓をもつため，二次電池等の電気化学デバイスの溶媒且つ電解質として期待されているイオン液体の溶液中で，溶液の粘性から予想される以上に溶質イオンの速い拡散が起こり得ることが示唆されている。本研究では，開発した新たな界面分析手法を駆使して，イオン液体中での金属イオン，特に二次電池などの電気化学デバイスのエネルギーキャリアとして期待され，アニオンとの配位が比較的強いLi+，Na+, Mg2+, Al3+に特に注目して，粘性の制限を超えたイオン液体バルク中での拡散の機構，界面偏析，電極近傍での振る舞いを明らかにし，効率的な金属イオンの拡散を可能とするイオン液体の化学設計や高い密度でのエネルギー貯蔵を実現できる界面構築につなげて行くことを目的とする。
Ｈ28年度は，「①分子動力学(MD)計算によるイオン液体/電極界面での構成イオン，溶質イオンの動的挙動解析」，「②電気化学(EC)XPSによる金属イオン時空間分布測定によるバルク拡散機構の解明_1」，「③イオン液体/電極界面近傍での金属イオンの垂直方向の動きと溶媒和状態の解析～“ tailored IL薄膜”の利用」の３項目に主に取り組んだ。
①については，イオン液体の構造化が起こる，イオン液体／グラファイト電極界面およびイオン液体／真空界面での上記金属イオンの偏析挙動やバルクとの拡散挙動の違いについてMD計算によって解析した。特にグラファイト電極に電荷があるときのイオン液体の構造化との関係に注目した。
②については，金属イオンの電析反応中の空間分布をEC-XPSで測定・解析を行った。
さらに③については，spin coating法とPulse-deposition法を組み合わせて tailored IL薄膜を作製し，薄層厚みに応じて変わる室温＋100 Kの温度範囲での上記金属イオンの拡散の解析を行った。
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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
Ｈ28年度は，「①分子動力学(MD)計算によるイオン液体/電極界面での構成イオン，溶質イオンの動的挙動解析」，「②電気化学(EC)XPSによる金属イオン時空間分布測定によるバルク拡散機構の解明_1」，「③イオン液体/電極界面近傍での金属イオンの垂直方向の動きと溶媒和状態の解析～“ tailored IL薄膜”の利用」の３項目に主に取り組んだ。
①については，イオン液体の構造化が起こる，イオン液体／グラファイト電極界面およびイオン液体／真空界面での上記金属イオンの偏析挙動やバルクとの拡散挙動の違いについてMD計算によって解析した。特にグラファイト電極に電荷があるときのイオン液体の構造化との関係を考察した。
②については，金属イオンの電析反応中の空間分布をEC-XPSで測定・解析を行った。
さらに③については，spin coating法とPulse-deposition法を組み合わせて tailored IL薄膜を作製し，薄層厚みに応じて変わる室温＋100 Kの温度範囲での上記金属イオンの拡散の解析を行った。この実験に対する実験条件および備品の購入のため，H29年度途中まで本計画を延長したが，期待されるような実験が実施できている。
以上に関わる成果として，学術論文１件，総説４件，国際会議での招待講演を複数含む発表３６件で報告をしており，概して順調な進捗であると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
H28年度の実績をもとに，H29年度は，申請者らが開発したEC-XPS，電気化学周波数変調AFM(EC-FM-AFM)および角度分解XPS，分子動力学(MD)計算を用いて以下の４項目の研究を実施する。
①tailored IL薄膜を利用したイオン液体/電極界面近傍での金属イオンの垂直方向の動きと溶媒和状態の解析
②高表面積電極での溶質金属イオンの濃縮と拡散過程
③溶質金属イオンが与えるイオン液体界面電気二重層の構造化と応答の直接評価
④イオン液体中での溶質金属イオン動的挙動の計算科学的解析
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Research Products
(43 results)
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[Presentation] Combined AFM and MD Simulation Studies of Electric Double Layer OFET Based on Ionic Liquid / Rubrene Single Crystal Interface2016
Author(s)
Yasuyuki Yokota, Hisaya Hara, Yusuke Morino, Ken-ichi Bando, Sakurako Ono, Hiroo Miyamoto, Akihito Imanishi, Kouji Inagaki, Yoshitada Morikawa, Yugo Okada, Hiroyuki Matsui, Takafumi Uemura, Jun Takeya, and Ken-ichi Fukui
Organizer
KJF-ICOMEP 2016
Int'l Joint Research
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[Presentation] 電気二重層トランジスタの微視的理解に向けた周波数変調AFM及び古典MD計算によるイオン液体/有機半導体界面の構造評価2016
Author(s)
横田 泰之, 原 援又, 森野 裕介, 坂東 賢一, 大野 桜子, 宮本 洋雄, 今西 哲士, 稲垣 耕司, 森川 良忠, 岡田 悠悟, 松井 弘之, 植村 隆文, 竹谷 純一, 福井 賢一
Organizer
第77回応用物理学会秋季学術講演会
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