2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of ionic liquid-type anionic polymer materials for new ion conduction pathways
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19H02783
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| Research Institution | Tsuruoka National College of Technology |
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Principal Investigator |
森永 隆志 鶴岡工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (30467435)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 滋啓 鶴岡工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (20707806)
正村 亮 鶴岡工業高等専門学校, その他部局等, 講師 (50757599)
佐藤 涼 鶴岡工業高等専門学校, その他部局等, 特命准教授 (20757166)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | イオン液体 / リビングラジカル重合 / ポリマー電解質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、イオン液体型アニオンポリマー材料におけるイオン伝導メカニズムの解明を目指すとともに、イオン液体を用いた電気化学デバイスが実用的な性能を発揮するために、その独特の発電メカニズムに適合する電池材料の開発を行う。具体的には、イオン液体型アニオンポリマーを用いた電池材料の創製を実現するため、①高イオン伝導性発現メカニズムの解明、②イオン液体モノマーの分子設計及びポリマー構造の制御によるイオン伝導性の更なる向上、③次世代電気化学デバイスの問題解決に資する電池材料の開発を目標として研究開発を行っている。
昨年度は、アニオン性イオン液体型モノマーの合成経路の確立を行った。具体的には、トリフルオロメタンスルホン酸を側鎖に有するメタクリレート型モノマーに、リチウムイオンならびにプロトン性カチオンを対イオンとするイオン液体型のモノマーについて、その合理的な合成経路について詳細に検討を行った。プロトン性カチオンを有するイオン液体型モノマーは、２段階の合成経路で、全体の収率は約70%と高い収率を示した。収量もラボスケールの実験系においても１バッチあたり30 g程度と多く、電池材料の試作に必要な収量と合成コストを達成することができた。リチウムイオンを担持したイオン液体型モノマーについては、プロトン性イオン液体型モノマーからさらに１段階の反応（反応収率は約80%）を経て合成が可能であった。従って、今年度目標としていた、イオン液体型モノマーの合成経路の確立については、十分に達成できたと考えている。
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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
イオン液体型モノマーの合成は、当初の計画通りに進んでおり、プロトン性カチオンならびにリチウムイオンを担持した、アニオン性のイオン液体型モノマーの合成経路を確立した。特に、よりコストの低い合成経路を見出した意義は大きく、市販または受託合成の場合では、1ｇあたり数万円かかる合成コストを数千円まで抑えられたため、実用化に向けて大きく前進したものと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は、リチウムイオン遊離型のイオン液体型アニオンモノマーの制御ラジカル重合（CRP）について検討し、構造の明確なアニオン性イオン液体型ポリマーの合成を行う予定である。具体的には、メタクリレート型のモノマーにトリフルオロメタンスルフォニルイミドを担持したリチウム塩型モノマーを用いて、遷移金属錯体を用いたCRPの一種である原子移動ラジカル重合（ARTP）を行う。制御重合の確認はゲル透過クロマトグラフィー（GPC）を用いて行い、分子量分布指数が1.5以下のポリマーを得ることを目標とする。また、得られたポリマーの物性について、熱分析によるガラス転移温度の測定と磁場勾配NMR法による拡散係数測定を行う。上記２つの測定は、本研究における仮説である、イオン液体型ポリマーの運動性の高さと、遊離カチオンの存在を証明するために必要不可欠なものである。
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