| 研究課題/領域番号 |
23K26409
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| 補助金の研究課題番号 |
23H01716 (2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26040:構造材料および機能材料関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
玉手 亮多 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 高分子・バイオ材料研究センター, 独立研究者 (70812759)
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| 研究分担者 |
西川 慶 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究センター, 主幹研究員 (30457824)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)
2025年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2024年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
2023年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
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| キーワード | ゲル電解質 / 非共有結合 / リチウム金属 / 保護被膜 / リチウム二次電池 / 高強度 / 濃厚電解液 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
有機電解液で高分子網目が膨潤したゲル電解質において、水素結合などの非共有結合を利用した高分子ゲル電解質の力学物性が高分子構造のみならず電解液組成により大きく変化することに着想し、高分子・溶媒分子・イオンの間に存在する競合的な非共有結合を制御することで、高い力学機能を有するゲル電解質の設計指針を確立する。
さらに、ゲル電解質をLi金属負極の人工保護被膜に適用し、保護被膜となるゲル電解質層の力学特性とLi金属負極の溶解析出形態の関係を明確化することで、Li金属電池のサイクル特性を向上するゲル電解質の分子設計を提案する。
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| 研究実績の概要 |
本年度は有機電解液組成と高分子構造の最適化により、Li塩濃厚電解液と新規水素結合性高分子から形成されるゲル電解質が、これまでに報告されたLi伝導性ゲル電解質の中で破格に高い力学強度を持つことを見出した。このゲルをLi金属負極の保護被膜に用いることで、Li金属電池のサイクル特性を大きく向上させることに成功した。本成果は新聞掲載されるなど社会的にも注目を集めた。また継続研究として、Li金属負極の溶解析出挙動に与えるゲル電解質被膜の支配因子を明確化するため、異なる力学挙動を持つゲル電解質を被膜としたLi金属負極の溶解析出挙動の違いについて検証を進めている。さらに、ゲル電解質被膜や電流密度などの電気化学条件の影響に関しても詳細を検証し、最適な被膜厚みが存在することを明らかにした。
また研究代表者が進めてきた100万を超える分子量を持つ超高分子量ポリマーの絡み合いを用いたゲル創製のコンセプトと水素結合性ゲル電解質のコンセプトの協奏により、低い高分子濃度でも非常に高い力学強度を示すゲル電解質が創製し、高いイオン伝導度と力学強度の両立が可能であることを明らかにした。次年度以降新規ゲル電解質材料のLi金属電池応用に関しても検討を進めていく。
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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
初年度は本課題の端緒となった研究内容の成果発表を行い、またLi金属負極性能向上の詳細なメカニズム検討に関して実施した。また新たなコンセプトによりイオン伝導度と力学強度をより両立できる新規ゲル電解質を見出すことができた。以上よりおおむね順調に研究を推進できていると判断する。
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| 今後の研究の推進方策 |
ゲル電解質被膜のどのような物理特性がLi金属負極の溶解析出挙動に影響を与えているかという支配因子の明確化を進める。この結果に基づいてよりLi金属電池性能を向上可能なゲル電解質設計に関して検討を進めていく。
またこれまでに見出した水素結合を用いた高強度ゲル電解質の設計が広く濃厚電解液系で適用可能であることを検証するとともに、配位結合や高分子の物理的絡み合いなど他の非共有結合を利用したゲル電解質設計に関しても検討を進める。
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