2021 Fiscal Year Research-status Report

Development of new electrochemistry based on synthesis of hydroxide ion conductive ionic liquids

Research Project

Project/Area Number	20K21094
Research Institution	Tokyo Metropolitan University
Principal Investigator	棟方裕一東京都立大学, 都市環境科学研究科, 助教 (00457821)
Project Period (FY)	2020-07-30 – 2023-03-31
Keywords	イオン液体 / 水酸化物イオン / 酸素還元
Outline of Annual Research Achievements	新規な電解液系として水を含有しない水酸化物イオン伝導性イオン液体を創製し、水が介在しない環境下での水酸化物イオンの電気化学を明らかにすることを目的に研究を実施した。水が介在しない環境下の電気化学として、燃料電池の中温無加湿作動および触媒の非白金化を視野に、イミダゾリウム塩をベースとした水酸化物イオン伝導性イオン液体の合成に取り組み、本イオン液体中において各種電極材料の酸素還元活性を評価した。本年度は炭素系材料が白金に比べて優れた酸素還元活性を有する点をさらに詳しく調査した。加えて、触媒に求められるもう一つの重要な特性である安定性の評価に取り組んだ。120°Cで耐久性試験を行い、炭素系材料が白金に比べて酸素還元活性だけでなく耐久性にも優れることを確認した。異種元素をドープしたグラフェンにおいては、耐久性試験後に酸素還元活性が向上した。このことから、グラフェン構造へさらに欠陥を導入することで、より優れた酸素還元活性を実現できる可能性を見出した。ドープ量を変えて異種元素ドープグラフェンを合成することに成功しており、異種元素のドープ量と酸素還元活性の相関を今後より詳しく調査する予定である。また、イオン液体中の酸素の溶解度や拡散係数を導き、イオン液体の設計から酸素還元活性を向上させる検討を開始した。この点に関連して共存アニオンが酸素還元活性に及ぼす影響を評価した。現時点では白金についてのみの検討であるが、酸素還元活性の支配要因がプロトン系とは異なる可能性を見出した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason コロナ禍の影響でイオン液体や触媒の原料の入手に長い時間を要することになったため、一部の検討に関しては原料合成から取り組む必要があったが、最終的にはより純度の高いものを得ることに成功しており、おおむね順調に研究を実施できている。
Strategy for Future Research Activity	イミダゾリウム系とは異なる構造の水酸化物イオン伝導性イオン液体ついて検討を開始しており、より広く深く水酸化物イオン伝導性イオン液体の設計と応用に取り組める状況にある。引き続き本分野の開拓を進めたい。