新規フッ素系常温溶融塩の大量合成法の確立と電気化学システムへの応用

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13555237
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 萩原 理加 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教授 (30237911)
• 研究分担者: 百田 邦尭 森田化学工業株式会杜, 精密化学品事業部, 取締役事業部長 ; 後藤 琢也 京都大学, エネルギー科学研究科, 助手 (60296754) ; 野平 俊之 京都大学, エネルギー科学研究科, 助手 (00303876)
• キーワード: 溶融塩 / イオン性液体 / 室温 / 常温 / イミダゾリウム / フッ化水素 / フッ化物 / 電解質

研究概要

有機合成用の反応溶媒や電池、キャパシタなどの電気化学デバイス用電解質への応用の観点から注目されている室温溶融塩のひとつであり、我々が独自に開発をすすめているHF系イミダゾリウム系室温溶融塩について、イミダゾリウムカチオンのアルキル側鎖が異なる塩を系統的に合成し、その物性に及ぼす影響を検討した。その結果、アルキル側鎖の伸長とともにつれて溶融塩の粘性率が上昇し、導電率が減少するという明確な傾向が見られた。モル導電率と粘性率の間にはワルデン則が成立しており、これらの室温溶融塩の低粘性が高導電率をもたらしていることが明らかになった。これらの検討の中で、我々がすでに開発していた1-エチル-3-メチルイミダゾリウムフルオロハイドロジェネート、EMIF・2.3HF(100mScm^<-1>)に続いて、1,3-ジメチルイミダゾリウムフルオロハイドロジェネート、DMIF・2.3HF(110mScm^<-1>)など、通常の室温溶融塩より1桁高い導電率を有する塩の開発に成功した。SPring-8での液体の高エネルギーX線回折測定による構造解析の結果、これらの塩においては、固体結晶でみられる平面分子イオンの配向が、液体状態でもある程度維持されていることがわかった。このような液体構造が、塩の低粘性や高導電性と関係があるものとみられ、今後詳細な検討を行う予定である。キャパシタ電解質としての性能試験においては、有機系電解液に遜色のない高い充電容量とエネルギー密度を有することが確認され、国内企業との共同研究により、サイクル特性の検討や、大量合成法の確立を目指した研究が進められつつある。さらに、新機な室温溶融塩を純粋に得る方法として、これらの塩を出発原料に用いた新しいニオブやタンタルなどの遷移金属フルオロ錯イオンを含む新しい室温溶融塩を合成する方法を確立した。

研究成果

• [文献書誌] K.Matsumoto, R.Hagiwara, T.Tsuda, Y.Ito, S.Kohara, K.Suzuya: "Structural analysis of 1-ethyl-3-methylimidazolium bifluoride (EMIF ・ HF) : comparison with its solid state and 1-ethyl-3-methylimidazolium fluorohydrogenate (EMIF ・ 2.3HF)"Nuclear Inst.And Methods in Physics Research, B. 199. 29-33 (2003)
• [文献書誌] R.Hagiwara, K.Matsumoto, T.Tauda, Y.Ito, S.Kohara, K.Suzuya, H.Matumoto, Y.Miyazaki: "The structures of alkylimidazolium fluorohydrogenate molten salts studied by high-energy X-ray diffraction"J.Noncryst.Solids. 312-314. 414-418 (2002)
• [文献書誌] T.Tsuda, T.Nohira, Y.Nakamori, K.Matsumoto, R.Hagiwara, Y.Ito: "A high conductive composite electrolyte consisting of polymer and room temperature molten fluorohydrogenates"Solid St.Ionics. 149,No.3-4. 295-298 (2002)
• [文献書誌] K.Matsumoto, R.Hagiwara, Y.Ito: "Room temperature molten fluorometallates : 1-ethyl-3-methylimidazolium hexafluoroniobate(V)"J.Fluor.Chem.. 115,No.2. 133-135 (2002)
• [文献書誌] S.Kohara, R.Hagiwara, K.Matsumoto, Y.Ito, A.Kajinami, K.Suzuya: "High energy x-ray diffraction studies of alkylimidazolium fluorohydrogenate room temperature molten salts at Spring-8 high-energy x-ray diffraction beamline beamline BL04B2"Proc. of 13^<th> International Symposium on Molten Salts, The Electrochemical Society. 2002-19. 1047-1056 (2002)
• [文献書誌] R.Hagiwara, K.Matsumoto, Y.Nakamori, T.Tsuda, Y.Ito, H.Matsumoto, K.Momota: "Alkylimidazolium fluorohydrogenates room temperature molten salts"Proc.of 13^<th> International Symposium on Molten Salts, The Electrochemical Society. 2002-19. 1007-1013 (2002)
• [文献書誌] 萩原理加 他, 大野弘幸 監修: "イオン性液体"シーエムシー出版. 255 (2003)