Morphology control of electron-ion mixed conducting polymer electrolyte and application to electrochemical devices

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K05628
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 小久保 尚 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 特別研究教員 (80397091)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: π共役高分子 / ブロック共重合体 / イオン液体 / イオンゲル / 電子・イオン混合伝導体

Outline of Annual Research Achievements

本研究は汎用高分子と電気化学的・光化学的活性を有するπ共役高分子から成るブロック共重合体を合成し、イオン液体と組み合わせたり、リチウム塩と混合したりすることで、新機能を有するソフトマテリアル（イオンゲル・固体高分子電解質）の創製を目指している。
これまではπ共役高分子としてポリ(3-ヘキシルチオフェン) (P3HT)、汎用高分子としてポリ(エチレンオキシド) (PEO)を選択していた。末端にアルキンが結合したP3HTと両末端にアジド基を有するPEOをイオン液体に溶解させ、Huisgen環化付加反応を進行させることで、イオンゲルを得た。このイオンゲルにヨウ素ドーピングを施すことで電子伝導性とイオン伝導性を兼ね備えた電子・イオン混合伝導体の創製に成功した。また、原子間力顕微鏡によりゲル中でP3HT凝集体が物理架橋点の役割を果たしていることが明らかとなった。
リチウム塩と混合するとリチウムイオンがPEOのエーテル酸素と強い相互作用を示すことから、イオン伝導度が低くなるなどの課題があるため、リチウムイオンに対する配位性が弱い高分子マトリックス適用する必要があった。そこで最終年度は末端にアジド基を有する低配位性高分子の合成に注力した。高分子網目の均一性を担保すべく四分岐の汎用高分子を創製した。
PEOよりリチウムイオンへの配位力が弱い高分子としてポリ(メチルアクリレート) (PMA)を選択した。四分岐開始剤を用いた原子移動ラジカル重合によりPMAを重合し、末端をアジド化することで目的の高分子を得ることができた。得られた高分子の分子量分布は低く、これと末端アルキンP3HTと均一なネットワークが形成されることが見込まれる。