2020 Fiscal Year Annual Research Report
高速なアルカリ金属イオンホッピング伝導と高速電気化学反応を実現する電解液設計
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18H03926
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
獨古 薫 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (70438117)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
都築 誠二 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 上級主任研究員 (10357527)
梅林 泰宏 新潟大学, 自然科学系, 教授 (90311836)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | イオン伝導 / 電解液 / 電気化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スルホン系リチウム塩濃厚溶液では、バルクでリチウムイオンの自己拡散係数がスルホランやアニオンに比べ大きくなり、リチウムイオンホッピング伝導が発現する。令和2年度は、スルホン溶媒の構造やリチウム塩のアニオン構造がホッピング伝導におよぼす影響を調査した。非環状スルホン溶媒の場合と比較して、環状スルホン溶媒を用いた場合に溶液中でのリチウムイオンの輸率が高くなる傾向があり、ホッピング伝導が促進されることが分かった。また、これらの溶液中における電気化学的なリチウム金属の析出・溶解反応を検討した結果、リチウム塩のアニオンが電極界面における電荷移動反応速度やリチウム金属の析出形態に大きな影響を及ぼすことが分かった。また、これらのスルホン系溶液中における炭素と硫黄を複合した電極材料の電気化学反応をマイクロ電極法により解析し、溶液組成が電極反応速度に及ぼす影響について検討を行っている。さらに、スルホン系溶液に加えて、カーボネート系リチウム塩濃厚溶液のイオン伝導機構についても検討を行い、LiSO3CF3をプロピレンカーボネートに高濃度で溶解させた電解液でリチウムイオン輸率が極めて高くなることを見出した。分子動力学計算で溶液構造を解析し、溶液構造と輸率の関係を検討した結果、LiSO3CF3/プロピレンカーボネートの濃厚電解液では、Li, C=O, S=O からなる高極性領域が連続した経路を形成しており、リチウムイオンの拡散を促進していることが示唆された。
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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
当初の計画に従い、様々なアルカリ金属塩と様々な有機溶媒から構成される高濃度電解液における特異なイオン輸送現象を解析し、着実に研究成果が出てきている。さらに濃厚電解液と電極の界面における電荷移動反応に関しても電解液組成が大きな影響を及ぼすことが明らかになりつつあり、濃厚電解液中における高速電気化学反応の実現に向けて、電解液設計に必要な基礎データが着実に蓄積されてきた。また、実験および計算化学の両面から高濃度電解液の特異性に関して解析を進め、濃厚電解液の溶液構造がホッピング伝導に及ぼす影響が明らかになりつつある。以上より、計画通りに研究が進捗していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに蓄積してきた種々のアルカリ金属塩濃厚電解液の物性データに基づいて、高速なアルカリ金属イオンのホッピング伝導を発現する電解液の開発を行うとともに、これらの電気化学特性に関しても詳細な検討行う。また、種々のアルカリ金属塩濃厚溶液のNMR測定や誘電緩和測定を行い、イオン伝導機構解明を進める。分子動力学計算によるイオン伝導機構の検討については、これまでは原子に固定電荷を置いた通常の非分極力場を用いていたが、計算の精密化のために分極力場の開発を行うとともに、分極力場を使った濃厚電解液の液体構造の解析を行い、電解液の液体構造の解析の精密化を図る。
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