| 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 |
22H04623
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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 | 東京工業大学 (2023)
早稲田大学 (2022) |
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研究代表者 |
畠山 歓 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (90822461)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2023年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 高分子固体電解質 / リチウムイオン電池 / 高分子電解質 / 全固体電池 / マテリアルズ・インフォマティクス / 全固体二次電池 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
全固体リチウム二次電池の重要部材として注目されている固体電解質(リチウムイオンを流す材料)を新たな分子設計で創出し、そのメカニズムを究明する。電荷移動錯体という、半導体への応用などで注目されてきた分子構造をイオンの輸送に活用するアプローチで新規高分子群を合成する点に特色があり、社会実装に欠かせない、長寿命で高性能な電解質フィルムを得られる見込みがある。詳しい動作メカニズムは不明なため、先端の計測手法やデータ科学の手法も導入しながら分子構造の解析を進め、高速でイオンが輸送される理論の提示を目指す。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、高い伝導度を実現する高分子電解質の開発に取り組んだ。従来の有機電解質は、媒体分子(ポリマーマトリックス)の熱運動に依存したイオン輸送機構が主流であったが、本研究では電荷移動錯体からなる高分子とリチウム塩の複合体に着目し、新たなイオン伝導メカニズムの解明を目指した。一連の実験検討と解析の結果、適切な分子設計を導入することで、塩そのものの分子運動性に基づくイオン輸送が原理的に可能なことが判明した。この現象を誘起するためには、電荷移動錯体のような分極性の媒体が有用であったほか、極性基を持つ一部の脂肪族分子も適用可能であった。
2023年度は具体的には、非対称な塩と脂肪族系のポリマーの組み合わせについて、主に検討した。ポリマー構造として、汎用的なもののほか、HSAB則に基づきポリエチレンスルフィド系の電解質も検証した。その結果、一部の組み合わせにおいて1 mS/cmを超える高い伝導度を示す条件を見出すことができた。
伝導機構が発現する理由として、電解質内に添加したリチウム塩がアモルファス相へ転移する現象が鍵となることが分かった。これにより、媒体分子の運動性を抑え、電解質膜としての強度は担保しつつ、高イオン伝導度につながる設計を実現することができる。これらの成果は、従来とは異なる材料設計や相互作用に基づくイオン輸送現象に関する学術的な基礎知見と位置づけることができる。また、集積した成果は査読付き学術論文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5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5年度が最終年度であるため、記入しない。
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