研究課題/領域番号 |
19K15679
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研究種目 |
若手研究
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配分区分 | 基金 |
審査区分 |
小区分36020:エネルギー関連化学
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研究機関 | 九州大学 |
研究代表者 |
中本 康介 九州大学, 先導物質化学研究所, 学術研究員 (10804271)
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研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2020年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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キーワード | 電池 / カリウム / 水系電解液 / 金属有機構造体 / ナトリウム / 水溶液 / プルシアンブルー / MOF / ナフタレンジイミド / 水和半径 / 水系電池 / カリウムイオン電池 / 共有結合性有機構造体 / 多孔性配位高分子 |
研究開始時の研究の概要 |
電力需給の逼迫を緩和する次世代大型蓄電池の候補として、水系カリウムイオン二次電池用部材の研究を行います。水溶液中で高速にイオン移動できるカリウムイオンを、ネックとなる電池の電極内でも高速に移動可能な多孔配位性高分子を用いる事で解決し、低コストで急速充放電特性を指向した二次電池の材料設計を目指します。
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研究成果の概要 |
同質量モル濃度のアルカリ金属塩水溶液を用いた、金属有機構造体[Zn(dmpz)2NDI]n-MOFのレート特性はLi<Na<Kの順で良好であった。比較的小型の金属有機構造体であるプルシアンブルー類似体へのNaおよびKイオン水溶液中でのレート特性は同等であった。イオン半径はLi<Na<K、表面電荷密度はLi>Na>K、水和半径がLi>Na>Kであるため、イオン伝導度がLi<Na<Kであった。 水和半径の小さい水和イオンの高いモビリティを利用するためには、大きなフレームワーク構造を持つMOF等へ、脱溶媒和過程をほとんど経ることなく水和カチオンの挿入脱離反応が進行する必要がある事を示唆している。
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研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では資源量豊富で安価かつ、Liよりも水中での水和半径が小さいKの高いイオンモビリティに注目し、高イオン伝導な水系電解液と、イオンサイズの大きいKでも挿入脱離可能な金属有機構造体を用いる事で、究極に安価でハイレートな水系Kイオン電池系の創製を行った。 Liイオン電池は近年EV電源としてのニーズが急速に高まる一方、現状のLi年産量では世界新車販売台数を賄えず、シェアエコノミー型完全自動運転EVが普及すると、超急速充放電特性がキーとなる時代の到来を迎えようとしている中で、ゲームチェンジャーとなりうる蓄電技術開発の一助となる可能性がある。
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