2021 Fiscal Year Annual Research Report
新規固体電解質としてのセミクラスレートハイドレートの性能評価と伝導機構解明
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21J20788
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
嶋田 仁 大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | セミクラスレートハイドレート / イオン伝導 / 潜熱蓄熱材 / 固体電解質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は，セミクラスレートハイドレート(SCH)の固体電解質としてのポテンシャルを評価するとともに，その伝導機構について明らかにすることを目的としている．2021年度は最も典型的なSCHのゲスト物質として知られるテトラブチルアンモニウムブロミド(TBAB)をゲストとするSCHの単結晶を生成し，電気化学インピーダンス(EIS)測定を実施した．TBAB SCHの伝導率や緩和時間はアレニウス型の温度依存性を示した．また，SCHのホスト分子であるH2OをD2Oに置換した結果，導電率や緩和時間において同位体効果が見られた．このことから，TBAB SCHにおいてみられる伝導挙動は，ホスト分子中のプロトンが関与した伝導であると考えられる．さらなる伝導機構の解明には，種々のゲストイオンからなるSCHの電気化学特性を精査する必要がある．そこで，新規なゲスト物質からなるSCHの開発にも取り組んだ．新規なSCHとしては，二価のアニオン種であるジカルボキシラートアニオンや，二重結合を有するホスホニウムカチオンなどから構成される四級オニウム塩をゲストとして開発を進めた．これらのSCHの電気化学特性を精査する前に，平衡温度や融解エンタルピー，結晶構造等のSCHとしての基礎物性を明らかにした．その結果，新たに開発したSCHは医薬品や生鮮食品などに適した潜熱蓄熱材として有望な平衡温度や分解エンタルピーを有していることを見出した．今後，これらの開発したSCHの固体電解質としてのポテンシャル評価を行い，伝導機構の解明に繋げる予定である．
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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
SCHの単結晶生成やその取扱いに想定以上の時間や技術を要した．しかし，この課題を解決するため，電極やセルの数を増やし，EIS測定と並行してSCHの単結晶を生成することを可能とした．今後，研究をさらに加速させ，SCHの伝導機構解明を達成する予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
SCHのゲストとなる第四級オニウム塩の化学構造とSCHの導電率における相関関係を明らかにすることで，イオン伝導の詳細なメカニズムの解明に繋げるとともに，導電率向上のためのチューニング物質の検討を進める予定である．そのためには，様々な化学構造を有する第四級オニウム塩が必要となる．引き続き，新たなイオン種をゲストとするSCHの開発を進め，その基礎物性を調べていく．また，中性子準弾性散乱法や核磁気共鳴法を用いて，SCH中の水分子のダイナミクスを明らかにし，SCHで見られるイオン伝導のメカニズムを明らかにする予定である．
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