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2018 年度 実績報告書

電子とイオンを高速輸送・貯蔵する高分子固体の創製

研究課題

研究課題/領域番号 18H05983
研究機関早稲田大学

研究代表者

畠山 歓  早稲田大学, 理工学術院, 講師(任期付) (90822461)

研究期間 (年度) 2018-08-24 – 2020-03-31
キーワードラジカルポリマー / 有機二次電池 / 電極活物質 / 高分子電解質
研究実績の概要

本研究は、固体条件で電子・イオンを輸送・貯蔵可能な高分子の新規開拓と、その電気化学特性の解明を目的とする。当初の研究計画に従い、主鎖・側鎖に脂肪族エーテル、酸化還元席として2,2,6,6-テトラメチルピペリジン 1-オキシル(TEMPO)やビオロゲンを導入した酸化還元活性ポリマーを精密合成した。一連のポリマーは高分子固体条件においても迅速かつ高速に酸化還元可能であり、電子・イオン双方の輸送能を有することを明らかにした。電子伝導性の更なる向上のため、単層カーボンナノチューブとのナノ複合体も作成した。電極の大規模・均質成膜が成果集積のボトルネックと判断し、研究計画を前倒しして全自動の塗工装置を導入した。成膜した電極は新規に合成したポリイミダゾリウム系電解質フィルムと積層することで全固体有機二次電池として動作実証・評価した。"ソフト"な性質を有するポリマー電極の伸縮耐性にも着眼し、完全にストレッチャブルな部材からなる二次電池も世界で初めて報告した。試作電池の総厚はわずか1μm程度と極めて薄く、皮膚に直接密着して貼り付け可能なバイオセンサ等、全く新しい用途での電池利用が期待出来る。
ナノ繊維としての超分子ネットワークを形成する酸化還元活性分子も新規に合成し、超分子ゲルからなる全有機二次電池も試作、その電気化学過程を明らかにした。高分子固体の伝導度を高精度で予測するための方法論として、機械学習モデルの利用も新規に検討した。実験情報を精確に記述可能なデータベース・モデルの適用により、低分子添加剤等を含む複雑な混合状態においても、その伝導度を高精度で予測可能なことを明らかにした。
一連の成果はアメリカ化学会等の学術誌や国内外の学会での口頭発表にて報告した。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Hydrophilic Organic Redox-Active Polymer Nanoparticles for Higher Energy Density Flow Batteries2019

    • 著者名/発表者名
      Hatakeyama-Sato Kan、Nagano Takashi、Noguchi Shiori、Sugai Yota、Du Jie、Nishide Hiroyuki、Oyaizu Kenichi
    • 雑誌名

      ACS Applied Polymer Materials

      巻: 1 ページ: 188~196

    • DOI

      10.1021/acsapm.8b00074

    • 査読あり
  • [雑誌論文] n-Type Redox-active Benzoylpyridinium-substituted Supramolecular Gel for an Organogel-based Rechargeable Device2019

    • 著者名/発表者名
      Hatakeyama-Sato Kan、Ichinoi Rieka、Sasada Yoshito、Sasaki Yusuke、Oyaizu Kenichi、Nishide Hiroyuki
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1246/cl.190085

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis of Lithium-ion Conducting Polymers Designed by Machine Learning-based Prediction and Screening2019

    • 著者名/発表者名
      Hatakeyama-Sato Kan、Tezuka Toshiki、Nishikitani Yoshinori、Nishide Hiroyuki、Oyaizu Kenichi
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 48 ページ: 130~132

    • DOI

      10.1246/cl.180847

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Ultrathin and Stretchable Rechargeable Devices with Organic Polymer Nanosheets Conformable to Skin Surface2019

    • 著者名/発表者名
      Hatakeyama‐Sato Kan、Wakamatsu Hisato、Yamagishi Kento、Fujie Toshinori、Takeoka Shinji、Oyaizu Kenichi、Nishide Hiroyuki
    • 雑誌名

      Small

      巻: 15 ページ: 1805296~1805296

    • DOI

      10.1002/smll.201805296

    • 査読あり
  • [学会発表] "Synthesis of Lithium-ion conducting polyethers assisted by machine learning"2019

    • 著者名/発表者名
      "Kan Hatakeyama-Sato, Toshiki Tezuka, Yoshinori Nishikitani, Hiroyuki Nishide, and Kenichi Oyaizu"
    • 学会等名
      日本化学会第99回春季年会
  • [学会発表] Facile charge transport in a radical polymer/SWNT hybrid providing a high current density over 1 A/cm22018

    • 著者名/発表者名
      Kan Hatakeyama-Sato, Hisato Wakamatsu, Hiroyuki Nishide, and Kenichi Oyaizu
    • 学会等名
      Organic Battery Days 2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] TEMPO置換ポリマーを用いたストレッチャブル・全固体有機二次電池2018

    • 著者名/発表者名
      畠山歓、西出宏之、小柳津研一
    • 学会等名
      第67回高分子討論会

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公開日: 2019-12-27  

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