| 研究概要 |
分子レベルでの無機-有機の複合(ナノハイブリッド)化を利用した新しい固体電解質の開発を目的として、リン酸ジルニウム層状結晶をホストマトリックスに用い、その層間表面の有機化学修飾を行ない、各種リチウム塩の層間固溶体を合成した。固溶体のイオン伝導度測定と固体電解質としての性能評価、そのイオン伝導機構について検討した。
1.有機誘導体の合成:γ-リン酸ジルコニウムを層状マトリックスとして、エチレンオキシドおよびプロピレンオキシドの層間開環反応による誘導体の合成、層間表面のリン酸水素基とリン酸モノエステル(CH_3-(OCH_2CH_2)_n-OPO_3,n=2,3)とのイオン交換反応による誘導体の合成を行ない、エーテル酸素基を導入した。また、リン酸エステル(H(OCH_2CH_2)_4-OPO_3H_2およびH_2O_3P(OCH_2CH_2)_4-OPO_3H_2)とZrOCl_2・8H_2Oとの直接反応によりα-型リン酸ジルコニウム有機誘導体も合成できることを見い出した。
2.リチウム塩固溶体の合成:得られた各種の有機誘導体とLiC10_4およびLiCF_3SO_3との固相インターカレーション反応により、リチウム塩は高濃度で層間固溶できることを見い出し、その固溶限界を明らかにした。新たにラマン分光法を導入し、固溶体においては、リチウム塩はイオン解離して存在し、層間に導入したエーテル鎖に溶媒和していることを示した。
3.イオン伝導度測定:リチウム塩の固溶量は層間にグラフトした有機鎖の種類や反応量、層間架橋の有無によって異なるが、イオン伝導度は室温で約10^<-9>〜10^<-11>Scm^<-1>程度であり、構造や組成による性能の大きな違いは認められなかった。しかし、テトラヒドロフラン蒸気を吸着させると、伝導度は飛躍的に増大し、室温においても約10^<-5>Scm^<-1>を示す高イオン伝導体が得られた。
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