Study for electronic states of water in high-concentration aqueous electrolytes solutions to demonstrate potential window expansion of mechanism of aqueous electrolyte
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21K05013
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
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| Research Institution | Kindai University |
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Principal Investigator |
森澤 勇介 近畿大学, 理工学部, 准教授 (60510021)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 減衰全反射遠紫外分光法 / ハイドレートメルト / 水 / リチウム二次電池 / ナトリウム二次電池 / 水性電解質 / 遠紫外分光法 / 電気化学分光測定 |
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| Outline of Research at the Start |
アメリカUMDのWangらによってLiTFSIの飽和水溶液における電位窓拡張が報告され、高濃度電解質水溶液がリチウムイオン二次電池用電解質として実現された。東大の山田らの2016年のハイドレートメルトの発表からさらに世界的に広がり、2020年度においても多くの論文発表がなされている。すでに多くの研究がなされている中、高濃度電解質中の水についての電子状態変化は理論的研究にとどまり、実験的研究はまだ公表されておらず、その実証を大型施設を用いないデスクトップ型のATR-FUV装置で実現することはその後の、研究室単位での分析が可能となり、分野のすそ野を広げるためのインパクトのある研究である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はハイドレートメルト (HM)での電位窓拡張機構の実証のために、電気化学的減衰全反射遠紫外分光法（EC-ATR-FUV）の多角入射測定により高濃度塩水溶液中の水の電子状態の変化を観測し、物性向上機構を解明することが目的である。令和4年度はEC-ATR-FUV作成を行った。EC-ATR-FUV作製開始し、現在そのスペクトルの取得を目指している。現状ではまだ電圧の変化によるスペクトルの変化を測るに至っていないが、内部反射部材の改良法などの指針が得られている。
リチウムのハイドレートメルト(Li-HM)について、令和3年度にATR-FUV分光法によって水とリチウムイオンの配位による電子状態変化を論文にて報告したが、電位窓拡張機構の因子となりうる水同士の水素結合については間接的な結果であることが示唆された。水同士の水素結合の情報を補填するために、これまでにラマン分光法が用いられてきたが近赤外分光法（NRI)においてはより変化が鋭敏となることを令和4年度に発見した。このことについての論文を3月下旬に投稿した。この発見は、研究の目的の達成のために水同士の水素結合の情報をFUVの情報と相補的に活用することで深く考察ができると考えられる。
令和3年度に引き続きNaTFSIおよびNaTFSの混合塩水溶液の高濃度世的についてATR-FUV測定およびNIR測定を進めた。Liハイドレートメルトとくらべて、FUVにおいてはどうように水のスペクトルシフトが見られたが、シフト量はLi複合塩の同濃度とくらべて小さかった。一方NIRではLi複合塩にみられるものとは大きく違い、高濃度なLiとNa複合塩水溶液で水素結合状態が違うことが分かり、電位窓拡張機構のカチオン依存性解明に寄与する結果となった。以上の結果を分析化学討論会にて口頭発表を行った。
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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
電気化学的遠紫外部分光法について、令和３年度にコロナウィルス感染拡大防止のために、電極作成の遅れたが、今年度は電極作成を行い、EC-ATR-FUV装置作製に至った。電圧印加によるスペクトル変化検出にはまだ至っていないことは、やや遅れている言えるが、電極の改良法などの指針は得られている。
また、カチオン依存性・アニオン依存性についての研究は令和3年度から引き続き、順調に進んでいる。さらにはNIRを使った水素結合の変化の検出という当初予定以上の成果を上げることができ、論文投稿にも至っており、計画以上に進展している。今後これらの結果を用いて研究を加速できると考えられるため、おおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度は令和4年度に得られた、結果をに基づき、内部反射部材上に作成した電極の改良（電極材料を白金からアルミニウムに変える）を行い、EC-ATR-FUV装置による電圧印加によるFUVスペクトルの変化の検出を目指す。これまで電圧を加えていない状態でのリチウム塩、ナトリウム塩による高濃度水溶液の水の電子状態、水素結合状態を明らかにできている。EC-ATR-FUVスペクトルの結果によって、電圧を加えることによる、FUVスペクトルの変化を観測できるようになれば、電位窓拡張機構解明と物性向上に対する指針を得ることができると考えらえる。
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)
