| 研究課題/領域番号 |
22K18286
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| 研究種目 |
挑戦的研究(開拓)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分19:流体工学、熱工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
村上 陽一 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (80526442)
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| 研究分担者 |
庄子 良晃 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (40525573)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 2027-03-31
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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 |
25,350千円 (直接経費: 19,500千円、間接経費: 5,850千円)
2026年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2025年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2024年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2023年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
2022年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
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| キーワード | 分子熱工学 / ナノ孔内の輸送現象 / 共有結合性有機骨格 / 二次電池 / イオン輸送 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，補助事業期間を通じ，カーボンニュートラル・超スマートエネルギー社会の実現に資する，高性能が期待される超高秩序分子骨格系を用いた新世代の全固体電池創出に挑戦する．具体的に，機能発現を担う原料分子の設計と最適化，その分子骨格化と固体電解質化，全固体電池試験セルの形成，その特性評価および最適設計指針の確立等を通じ，新世代の全固体電池の創出，その特性解明，および最適設計指針の構築を遂行する．また，創出した分子骨格材料内におけるイオン輸送現象の究明を通じ，学術が未発達な超高秩序分子骨格系におけるイオン輸送の学理を開拓し，分子熱流体工学と化学との新融合領域の創成を遂行，達成してゆく計画である．
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| 研究実績の概要 |
カーボンニュートラル社会，超スマートエネルギー社会の実現のため，高性能かつ高信頼な新世代二次電池の創出が望まれている．一方，近年の化学分野における展開として，共有結合性有機骨格 (Covalent Organic Framework, COF)というナノスケールの周期構造と多孔性をもつ固体系が，多くのユニークな特長と多彩な応用可能性により注目を集めている．本研究は，未だ存在せず，高性能が期待できる超高秩序な分子骨格をもつ３次元COFを用いた新世代の全固体電池の創出に挑戦する．具体的に，本研究は以下２点を目的とする．(i) 超高秩序分子骨格系を用いた新世代の全固体電池創出を創出し，社会と産業の発展に貢献すること．(ii) 学術が未形成な超高秩序分子骨格系におけるイオン輸送の学理を開拓・究明し，分子熱流体工学と化学との新たな融合領域を創成すること．
本年度6月末に採択通知，7月より研究期間開始となった．大学院生一名を本課題にアサインし，とともに本課題の立ち上げを行った．本年度の実績概要は以下の通り．
まず，Liイオンの良好な拡散特性（具体的には高いイオン伝導度および輸率）を発揮しうるCOF骨格の化学的特定について文献調査を詳しく行い，議論を重ね，検討を行った．幾通りかの候補の方法論の検討から，イオン性骨格をもつ新規COFを創製する方針を固めた．この方法論に添うビルディングブロック分子（COFの原料分子）の候補を絞り込み，複数種類の分子を入手し，実験を開始した．COF合成は溶液法で行われるため，様々な有機溶媒への溶解度をテストした．COF成長に望ましい溶解度を達成される溶媒が見いだされ，COF合成条件探索の開始した．
研究遂行の環境面では，イオン伝導度計測に必要となる充放電評価装置（バッテリーシミュレーター）を導入し，その操作法を修得した．
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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
本課題に大学院生１名をアサインし，文献調査から具体的な方針も策定でき，実験においてはCOFの生成条件探索を開始できている．まだ望ましいCOF生成には至っていないが，本年度は課題の立ち上げ年度としておおむね順調に推移している．なお，研究の状況から，本年度最初の交付申請書に記載したマニュアルプローバーは今年度中での導入は必須でないと判断し，これは来年度以降に先送りした．
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| 今後の研究の推進方策 |
イオン性骨格をもつCOF創製のためのビルディングブロック分子（原料分子）は一般的な有機溶媒への溶解度が低い（したがってCOF成長に好ましくない）問題に直面している．しかし，ある分類の溶媒には高い溶解度を示しており，それを足掛かりに合成を進めてゆく．また，研究分担者との議論を加速させ，問題を克服した好適なビルディングブロック分子の設計検討を引き続き進めてゆく．
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