研究課題/領域番号 |
19K22222
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研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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配分区分 | 基金 |
審査区分 |
中区分35:高分子、有機材料およびその関連分野
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研究機関 | 関西学院大学 |
研究代表者 |
吉川 浩史 関西学院大学, 工学部, 教授 (60397453)
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研究分担者 |
谷藤 尚貴 米子工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (80423549)
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研究期間 (年度) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2019年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
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キーワード | 硫黄 / 二次電池 / 共重合 / 正極 / 共重合体 / 加硫 / XAFS / 逆加硫 / リチウム硫黄電池 |
研究開始時の研究の概要 |
本研究では、酸化還元活性かつ高伝導性を有する小分子により硫黄鎖を架橋するという応募者独自の発想に基づき、機能性と安定性を兼ね備えた新規硫黄系高分子材料(硫黄共重合体)の創製を行い、これを正極に用いることで、硫黄単体の理論容量に迫る実容量と高いサイクル安定性を有する二次電池を実現する。さらに、各種物理化学計測法を用いて、その電気化学反応挙動を明らかにし、硫黄共重合体のサイエンスを深化させる。
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研究実績の概要 |
リチウム硫黄電池は理論容量1670mAh/gと従来のリチウムイオン電池の10倍以上の高容量をもち、硫黄が安価な物質であることから、次世代二次電池として期待されているが、ポリスルフィドの溶出により、サイクルが進むにつれ容量が大幅に減少することが問題となっている。本研究では、電気化学反応中の硫黄の溶出を防ぐことを目的に、硫黄を様々な有機基で架橋した逆加硫体の創製を試み、その電気化学特性を検討した。 具体的には、テトラチアフルバレン(TTF)などの電子活性有機物と硫黄を様々な重量比について計量し、試験管に入れ、窒素雰囲気下、400℃の温度で2時間還流を行った。その後、反応していない硫黄を除くため、窒素雰囲気下、300℃で加熱し、逆加硫体を作成した。最後に、逆加硫体30wt%、トーカブラック50wt%、PVDF 20wt%からなる正極ペーストを作製してAl箔に塗工し、薄膜正極を作製した。これを用いて、0.4M LiTFSI、0.28M LiNO3、DOL、DMEからなる電解液、カーボンコートセパレーター、および負極のLiから成るリチウム硫黄電池を作成し、その電池特性を計測した。 結果についてであるが、ある条件で作製した逆加硫体について、硫黄と電子活性有機物の理論容量に迫る要領を得ることに成功し、サイクル特性も千サイクル程度安定であることが明らかとなった。さらに、この化合物について、固体電解質を用いた固体硫黄電池とでも言えるものを作製し、良い電池特性を得れている。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
目的通りに、硫黄を様々な電子活性有機基で架橋した逆加硫体を創製し、その一部の逆加硫体が、従来の硫黄電池よりも大きな容量と安定なサイクル特性を示すことを明らかにできた点で、十分当初の目的は達成できている。よって、おおむね順調に進展していると言ってよい。
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今後の研究の推進方策 |
現在までの研究において、硫黄に架橋分子を入れるという逆加硫体の創製が、硫黄電池の高性能化に向けて非常に重要であることが分かりつつある。しかしながら、その構造についての詳細は分かっていない。すなわち、高性能である理由や反応機構を解明するに至っていない。今後は、高性能化の要因を明らかにするうえでもラマン測定や放射光施設を用いた構造決定などに重点を置いた研究を推進したい。また、現在、より多様な多電子の酸化還元反応を示す有機物との逆加硫体の創製にも引き続き取り組んでいく予定である。 また、それに伴い、得られた成果を公表する準備を進めていく予定である。
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