| 研究課題/領域番号 |
20H02823
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分36010:無機物質および無機材料化学関連
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| 研究機関 | 山口大学 |
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研究代表者 |
藤井 健太 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (20432883)
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| 研究分担者 |
松上 優 熊本高等専門学校, リベラルアーツ系理数グループ, 准教授 (50455177)
片山 祐 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (70819284)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2022年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2021年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2020年度: 10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円)
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| キーワード | Liイオン電池 / 電解質溶液 / 超濃厚電解液 / 溶液構造解析 / イオン秩序構造 / イオン溶媒和 / 構造解析 / 電池電極反応 / 構造秩序化 / 濃厚電解液 / リチウムイオン電池 / 放射光散乱実験 / MDシミュレーション / 電極/電解液界面 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
Liイオン電池用超濃厚電解液を「Liイオン・対アニオン・溶媒分子」からなる３成分溶液として捉え、３成分間の相互作用により規定される「Liイオンの集合様態」を制御することで電解液の機能を高度に設計する。まず、バルクで形成するLiイオンのナノスケール集合体を構造と自由エネルギーの二軸で定量化し、集合様態を制御するための支配因子を特定する。次に、電位を制御しながら電極/電解液界面をその場分光観測することで、界面に特有のLiイオン集合様態を解明する。各種電気化学測定により電池特性を調べ、電極反応に及ぼす集合様態制御の効果を明らかにする。
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| 研究成果の概要 |
Liイオン電池用超濃厚電解液の機能設計に関わる諸問題を分子間相互作用の理解と制御により解決することを大きな目的とした。具体的には、下記3点について実験・理論の両面から検討を行った。
(1) 超濃厚電解液中に特有なLiイオン集合様態の構造およびエネルギー的安定性について、散乱・分光実験および計算化学的手法により分子レベルで明らかにした。(2) in-situ表面増強赤外分光法を中心として、電極/電解液界面近傍の構造形成に及ぼす電位依存性をその場観測するとともに、理論的検証を行った。(3) 汎用的な負極・正極材料を用いて、(1)(2)で機能設計した超濃厚電解液の電池特性を評価した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
高濃度のLi塩を溶解した超濃厚電解液の構造およびエネルギー的特性を分子レベルで解明し、Liイオン電池電解液の性能を分子レベルで設計することを目的とした基礎研究を遂行した。超濃厚電解液のバルク構造および電極界面構造を実験・理論の両面から調べた結果、超濃厚化に伴うLiイオンの秩序構造形成が電気化学特性と密接に関係しており、その構造秩序性は塩濃度に加えて、溶媒分子の特徴（主に、分子サイズと電子対供与性）に強く依存することを見出した。これらの結果に基づき、溶液化学的観点で超濃厚電解液の特性を制御することが電池電極反応のメカニズム解明、引いては、電池特性の向上に有効であることを指摘した。
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