| 研究領域 | 蓄電固体デバイスの創成に向けた界面イオンダイナミクスの科学 |
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| 研究課題/領域番号 |
20H05298
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
畠山 歓 早稲田大学, 理工学術院, 講師(任期付) (90822461)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
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: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
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| キーワード | 固体電解質 / 高分子電解質 / 全固体二次電池 / 高分子固体電解質 / 二次電池 / 蓄電材料 / リチウムイオン電池 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
全固体リチウムイオン二次電池といった次世代蓄電池の実現には、高速でイオンを輸送する固体電解質材料の活用が欠かせない。本研究では、機械強度は高いがイオン伝導とは無縁とは思われてきたガラス状の高分子が一部条件(電子アクセプタとの共存下)で高イオン伝導性を示すことに着眼し、その伝導機構を各種分光法等によって詳細に解明することを目的とする。液体やゲルのような柔らかいイオン伝導材料とは対照的な本伝導体群の学術的解明と体系化を通して、イオニクスの新領域としての提案を目指す。
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| 研究実績の概要 |
分極性のガラス状高分子とリチウム塩との界面で進行するイオンダイナミクスの学理を明らかにすることを目標に研究を推進した。前年度の成果も踏まえ、(1)有機材料の界面でのイオンダイナミクスの解明と(2)高伝導性を示す構造探索に重点を置いて実験実施と解析に取り組んだ。
(1)メカニズム解明: 学術領域内での共同研究も活用しながら、電解質内でのカチオン・アニオン種の運動性を固体NMR等によって定量した。一連の解析の結果、塩単体では凍結状態にあった分子群の運動性が、分極性のガラス状高分子と相互作用することにより、著しく向上することが明らかになった。NMR、熱分析、X線回折、イオン伝導度解析(Vogel-Fulcher-Tammann model)等の多角的な解析を経て、電解質がアモルファス化することで自由体積が生じ、イオン輸送に資する分子の熱運動性が発現する描像を得ることに成功した。
(2)構造探索: 分極構造を構成する分子群のHighest Occupied Molecular Orbital (HOMO)・Lowest Unoccupied Molecular Orbital(LUMO)準位等の制御により、界面状態やイオン伝導度を制御可能なことを明らかにした。また、電解質のナノ―マイクロスケールの構造がバルク物性を支配する知見も得られ、ボトムアップ型の構造形成の有効性を示すことができた。蓄電デバイスとして適用の検討も進め、全固体リチウム電池の電解質として1平方センチメートルあたり1 mA以上の大電流を発現可能ことを実験化学の立場から例示できた。
一連の成果は査読付き学術誌や国内外の学会で発表した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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