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固体高分子電解質は、燃料電池やリチウム電池あるいはセンサーなどの実用的な電解質として非常に重要な材料となっている。そこで、本研究では固体高分子電解質を実際に試用する場合にも最も重要となる固体電極との接合界面について研究を行った。固体/固体の界面を直接観察するためのいくつかの方法がこれまでに開発されてきているが、本研究では"その場"赤外吸収分光法を用いた研究を行った。研究の初期には内部反射型の測光システムを完成するための研究を行い、その測定装置を用いて固体高分子電解質Nafionと白金電極との界面の状態変化に関する測定を行った。以下に得られた結果をまとめる。
(1)測光システムの開発
リチウム金属表面の状態に関するダイナミックな化学組成の変化を"その場"赤外吸収分光法を用いて測定することができ、本測光システムが十分に機能していることが分かった。
(2)CF_3(CF_2)_7SO_3Hモデル化合物のPt電極上への吸着現象について調べ、電極電位により吸着状態が影響されることを見い出した。
(3)Nafion/Pt界面の観察
Nafion溶液からPt電極上へNafion膜を形成させる時の状態変化について動的な変化を観察することができた。さらに、電解液を加えた場合のNafion/Pt界面の状態変化を観察し、電解液の浸透により電極と固体高分子電界室の接合状態が変化することを見い出した。また、電極電位の変化によるPt/Nafion界面の接合状態の変化について動的な観察に成功した。
(4)Nafionのミクロ相分離構造に関する知見を原子間力顕微鏡および表面電位測定装置により可視化するすることに成功した。
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