2020 Fiscal Year Annual Research Report
大環状芳香族分子のナノ細孔性固体のリチウムイオン電池負極材料への応用
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19H02552
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
佐藤 宗太 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任教授 (40401129)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | リチウムイオン電池 / 負極材料 / 大環状分子 / ナノ細孔 / 炭化水素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、分子性孔あきグラフェンを集積して細孔性材料を構築し、高性能リチウムイオン電池負極材料を開発することを目的としている。研究代表者の所 属する研究室が独自に開発した大環状芳香族炭化水素分子の合成法をもとに合目的分子設計を施した分子合成を行い、集積様式の制御によって、分子細孔が整然 と並んで構築された1次元ナノチャンネル構造を持つ結晶性固体を得る。X線回折およびガス吸着を併用した細孔構造評価により、分子性材料ならではの精密な構 造に関わる知見を得る一方で、負極材料としての電池性能評価を行う。「構造」と「性能」、さらに「電極の作用機序 」に関する相関を明瞭に理解することで、 分子設計指針にフィードバックし、高速かつ安定に充放電し、高容量を示す負極材料の開発を達成する。基礎的研究ではあるが、高密度に分子が充填された結晶 性材料という特徴から、高エネルギー密度を有する有用な負極材料が得られと期待される。
本年度、大環状芳香族炭化水素分子に対して、試料調製法の違いによる集積様式を作り分け、その集積構造に対して、X線回折実験を行った。一部の結果については、原著論文として発表するにいたり、順調に成果を上げることができた。実験室に備えられ たX線回折計装置、または、放射光X線回折装置を用いることで、既知の固体充填構造の確認ができ、さらには、構造決定もできることがわかってきた。また、性能のよい材料となり得る類似の新規構造の大環状芳香族分子を分子設計し，合成を行うとともに、その固体状態での分子集積状態の解明に着手できた.
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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
当初予定した実験計画を、おおむね順調に進めることができた。合成研究から、固体での充填構造の決定に関しても、問題なく研究が進捗してきている。原著論文として発表にも至っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，大環状分子のアルカリ金属複合体の合成とその構造解析も含めて研究を展開する。リチウム員電池における電極での電気化学反応に対応する化学反応を、液相で実施し、アルカリ金属と大環状分子との複合体の調製とその結晶構造を含めた構造解析を実施する。電極反応では、一般に準安定状態の化学種 が形成されることが知られているが、溶液中での化学反応でどのような複合体が得られるか興味深い。
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