2019 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 東京大学, 大学院総合文化研究科, 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。
（研究A：分子物性科学と固体電気化学の双方型研究）においては、これまでの研究により、COFの内部空間における硫黄担持や導電性有機高分子重合を達成し、それぞれリチウム硫黄電池やキャパシタ電極へと発展させた。今年度は、テンプレート熱分解法による多孔性酸素窒素ドープ炭素材料の合成とスーパーキャパシター電極への応用を実現した。すなわち、COF内部空間に発泡剤として無機炭酸塩を含侵させ、これを煆焼することによって多孔性かつ酸素と窒素が数％ドープされた炭素材料を作製した。これをキャパシターの電極として利用したところ、極めて大きな容量と安定した繰り返し特性が得られた。
（研究B：有機エレクトロニクスへの展開）においては、純粋分極電流を用いた高速光電変換を推進した。本研究では、［電極1(M)｜絶縁分極層(I)｜電荷分離層(S)｜絶縁分極層(I)｜電極2(M)］（MISIM）のように、光活性をもつS層が完全に電極から遮蔽されたMISIMなる構造をもつ光電セルを提案し、その作動機構を検討している。この光電セルは変調光を交流信号に変換するが、変調周波数を高めると、交流信号が次第に非対称となることを見出した。これによって、電荷再結合の速度が、光電変換の律速となっていることを突き止めた。
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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
計画調書には様々な物質の組み合わせによるMISM光電セルの発展を提案したが、その後、high-κとlow-κ絶縁体から構成される非対称MISIM構造を発案し、本研究申請ヒアリングにおいて提案した。本研究ではMISIMセルの研究に集中することによって、市販の高速フォトダイオードに迫る高効率高速応答を実現することができた。さらにMISIM構造については、今年の研究実績で述べたように、S層における再結合が律速段階となることを突き止めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
多くの項目で研究は順調に推移している。COF/MOFの高電気伝導化など、計画調書作成後に得たアイデアや、研究進行とともに浮上して問題点を克服する過程で、本研究の趣旨に添いながらも計画調書の内容を越える新たな成果が得られいる。最終年度の研究によって、すべての研究項目の達成度を計画の100%に近づけるとともに、最終的には予定以上の成果を獲得したい。基礎研究という視点からは十分に当初目標をクリアしたと自負しているが、分子性2次電池と分極電流を利用した光電変換において、実用レベルの特性を追い求めたい。
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