2017 Fiscal Year Annual Research Report
Novel Energy and Information Conversions, Created by Solid-State Electrochemical Processes
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16H06353
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
阿波賀 邦夫 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (10202772)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原田 潤 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (00313172)
吉川 浩史 関西学院大学, 理工学部, 准教授 (60397453)
横川 大輔 名古屋大学, 理学研究科(WPI), 特任准教授 (90624239)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | 固体電気化学 / 分子物性化学 / 2次電池 / 有機エレクトロニクス / 電解結晶化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体電気化学プロセスを利用した新しいエネルギー変換や情報変換の方法論の確立、さらには新物質開発を目指している。分子性材料を用いた高エネルギー・高パワー密度の分子性２次電池を実現するとともに、界面電気２重層を利用した有機エレクトロニクスを発展させる。さらに固体電気化学プロセスを利用して新しい分子性の機能性物質を作製し、分子物性科学と固体電気化学にWin-Winの関係を構築する。
分子性２次電池の研究では、昨年度、共有結合構造体（COF）を用いたLiS電池の開発を報告した。極めて高いサイクル特性やクーロン効率が得られたものの、COFそのものの低い電気伝導性がネックとなった。そこでこれを改善するため、COFを有機半導体のハイブリッド化や、COFを原料とする炭素化を試みたところ、COFのナノポーラス構造を保ちながらも著しい伝導度の向上を実現することができた。
本研究のもう一つの柱は、有機半導体と絶縁体を組み合わせ、分極電流を誘起する光電変換セルの開発である。今年度は、[金属（M1）｜絶縁体（I1）｜半導体(S)| 絶縁体（I2）|金属（M2）]（MISIMセル、I1=有機絶縁体、I2=イオン液体）に変調光を照射することによって、電極からのキャリア移動や注入が一切ない、純粋な分極電流を取り出すことに成功した。分極電流の高効率誘起という、有機系に相応しい光電変換機構を実証することができた。
新物質開拓においては、アクセプター（A）性を有する配位子からなる有機金属構造体（MOF）にドナー有機分子（D）を包接させた系について、ドナーまで含めて構造解析に成功した。通常の条件下では、このDとA間では弱い電荷移動相互作用しか想定できないが、MOFの内部空間では化学圧力によってイオン性の電荷移動錯体が形成されることが分かった。電荷移動錯体の研究は長いが、新しい側面を開拓ことができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
COFやMOFを用いた分子性２次電池の開発については、期待通りの成果が上げられつつあり、導電性COFの開発は、固体電気化学分野を超えて関心を集めるだろう。分極を利用した有機エレクトロニクスに関しては、当初から計画していたMISIM光電セルの研究に着手したが、期待通り、電極からのキャリア移動を必要としない光電変換を実現することができた。新物質・新現象開発に関しては、MOFの内部化学圧力に誘起される電荷移動相互作用という新境地を切り開くことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究によって導電性COFやMOFが得られつつあり、電気伝導度やイオン伝導度などの基礎物性解析に努める。これらを用いた分子性2次電池についても当然ながら開発を進める。電気2重層を利用した有機エレクトロニクスに関しては、MISIM光電セルについてその特性を決めるパラメータを抽出し、超高速化と高効率化をそれぞれ図り、情報変換とエネルギー変換に資する成果を求める。新物質・新現象探索に関しては、３０年度よりJSPS２国間交流事業を中国北京大学と開始することになったので、このグループからの試料についても、固体電気化学計測を推進する。
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