| 研究課題/領域番号 |
16H06353
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
阿波賀 邦夫 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (10202772)
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| 研究分担者 |
原田 潤 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (00313172)
Irle Stephan 名古屋大学, 理学研究科(WPI), 教授 (00432336)
吉川 浩史 関西学院大学, 理工学部, 准教授 (60397453)
横川 大輔 名古屋大学, 理学研究科(WPI), 特任准教授 (90624239)
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| 研究期間 (年度) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| キーワード | 固体電気化学 / 分子物性化学 / 2次電池 / 有機エレクトロニクス |
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| 研究実績の概要 |
固体電気化学を利用した新しいエネルギー変換や情報変換の方法論の確立、さらには新物質開発を目指している。分子性材料を用いた高エネルギー・高パワー密度の分子性２次電池を実現するとともに、界面電気２重層を利用した有機エレクトロニクスを発展させる。さらに固体電気化学プロセスを利用して新しい分子性の機能性物質を作製し、分子物性科学と固体電気化学にWin-Winの関係を構築する。
分子性２次電池の研究では、共有結合構造体（COF）を用いたLi-S電池の開発を目指した。この電池では、分子性S8が金属LiによってLi2S にまで順次還元させていくなかで、極めて大きな理論電池容量が期待される。本研究では、COFナノポーラス孔内に３重結合を導入し、この部位に硫黄を結合させた系の合成に成功した。Li電池の正極活物質として試したところ、極めて高いサイクル特性やクーロン効率が得られた。このほか、２電子の酸化還元反応を示すジスルフィド化合物を配位子として金属有機構造体（ＭＯＦ）に組んだ２次電池についても研究を進めた。
電解質溶液がゲート誘電体として用いられている電気二重層トランジスタは、高効率かつ高濃度のキャリア注入が可能である。本研究では、さまざまな濃度の塩化リチウムのPEG溶液を用いて自然電位を調べたところ、化学ポテンシャルのように濃度のlogに比例することが分かった。このPEG溶液をゲート誘電体に用いて電気二重層トランジスタを作製・評価したところ、自然電位と閾値電圧の比例関係を見出した。なお、自然電位の起源そのものについても、統計力学的手法を用いた解析により分子論的な解釈を得た。
新物質開拓においては、有機イオン結晶中のイオン回転に由来する強誘電相と、昇温による柔粘性結晶への相転移を発見した。さらに、三角形型キラルアニオン分子がつくるK4構造と、その格子上のスピンフラストレーションに起因するスピン液体状態を見出した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
COFを用いたLi-S電池の開発については、期待通りの成果が上げられつつある。電気2重層を利用した有機エレクトロニクスに関しては、電解質の濃度に依存するトランジスタ特性を明らかにでき、さらにこれを理論的に解釈することができた。電解結晶化による分子性K4構造の構築は大きな副産物で、低温の物性測定から注目を集めているスピン液体状態を見出すことができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
分子性2次電池開発に関しては、MOFや導電性シリカを硫黄担持体とするLi-S電池の研究を進める。電気2重層を利用した有機エレクトロニクスに関しては、有機強誘電体を用いたトランジスタや光電セルに取り組みたい。さらに、電気化学発光にも挑戦したい。電解結晶化によるK4構造などの強等方性物質開拓については、トリプリチセン骨格分子を利用した分子性グラフェンフェン構造の構築を試みる。
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