2021 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)
佐藤 涼 鶴岡工業高等専門学校, その他部局等, 講師 (20757166)
正村 亮 鶴岡工業高等専門学校, その他部局等, 講師 (50757599)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | イオン液体 / 制御ラジカル重合 / 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。
今年度は、従来の四級アンモニウム塩型（カチオン性）イオン液体型ポリマーを用いた電解質膜と、本研究で開発したアニオン性イオン液体型ポリマーを用いた電解質膜を、水素ガス雰囲気下において交流インピーダンス法ならびに直流４端子法で測定し、プロトン伝導性の比較を行った。その結果、アニオン性イオン液体型ポリマーを用いた電解質膜の活性化エネルギーは27.8 kJ/molと算出され、パーフルオロアルキルスルホン酸系ポリマー（32.2 kJ/mol）に近い値を示した。カチオン性イオン液体型ポリマーにおいては、プロトン伝導性を示唆する挙動は見られなかったため、アニオン性イオン液体型ポリマーの遊離イオン効果によって、グロータスメカニズムに起因するプロトン伝導性が発現したと考えられる。この結果は、本研究における仮説の一つである遊離カチオンの存在によるキャリア輸送機能の発現を実証するものである。
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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
イオン液体型ポリマーの合成は、当初の計画通りに進んでおり、アニオン性イオン液体型ポリマーと、その対照試料となるカチオン性イオン液体型ポリマーを合成し、本研究のコアとなる仮説である遊離イオン効果の検証が可能な実験系を構築することに成功している。キャリア輸送機能の確認に関しても、磁場勾配NMR法によるLiイオンの拡散係数測定、直流４端子法によるプロトン伝導性測定においてアニオン性イオン液体型ポリマーの優位性を支持する結果が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は、遊離カチオンのキャリア輸送効果の普遍性を検証することを目的として、リチウムイオンならびにリチウム／テトラグライム錯体を遊離カチオンとして担持するアニオン性イオン液体型ポリマーのイオン伝導性の測定を行う予定である。併せて、パルス磁場勾配NMR法によるリチウムイオンの拡散係数を測定することで、キャリア輸送性能の指標となるイオン輸率を算出し、電池材料としてのポテンシャルを実証する。さらに、微粒子表面へ濃厚ポリマーブラシ構造の導入による微粒子積層型固体電解質の創製を、昨年度に引き続き検討し、上述の知見を合わせることで、アニオン性イオン液体型ポリマーの性能を最大限に発揮可能な電解質設計を見出す。昨年度に行った固体高分子形燃料電池用電解質設計において実証された遊離イオン効果をリチウム／テトラグライム錯体においても実証し、より実用性の高い電解質設計の提唱を目指す。
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