| 研究課題/領域番号 |
18K05306
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| 研究機関 | 関西学院大学 |
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研究代表者 |
藤原 明比古 関西学院大学, 理工学部, 教授 (70272458)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 二次電池 / リチウムイオン電池 / 有機硫黄ポリマー / 正極活物質 / 光酸化 / 充電 / 光充電 |
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| 研究実績の概要 |
外部充電不要な小型電子機器が実現すれば、情報通信技術（ICT）やIoT機器の利便性、メンテナンス性が飛躍的に向上する。現在、太陽電池と二次電池とを組み合わせた電子機器は存在するが、機器が大型化し、携帯型電子機器への応用は困難である。
本研究の目的は、外部電源がなくても使用可能な小型電子機器の実現に向け、光による充電機能を有する二次電池正極材料を開発し、光充電できる電池を作製することである。具体的には、ジチオビウレット（DTB）をベースとした有機硫黄材料のジスルフィド結合（S-S結合）の電気化学的充放電（酸化還元）、光充電（酸化）について多様な分析手法を駆使し、（１）高効率光酸化条件の決定、（２）電池セル内光化学反応の機構解明、（３）外部充電不要な光充電の作製、のステップで研究を進める。
平成30年度は、「（１）高効率光酸化条件の決定」を主目的として研究を推進した。光酸化によるS-S結合形成条件の探索には、有機硫黄ポリマー正極物質の基本骨格となるDTBを用い、DTB水溶液で実験を行った。光酸化によるS-S結合形成の確認は紫外光吸収測定で行った。S-S結合の形成はpHに敏感であることが知られていることから、pH依存性を調べたところ、DTBの孤立水溶液では、pH 4.5付近で最も効率が高いことが明らかになった。ただし、孤立溶液で光酸化を行う場合、帯電効果により反応速度が低下することが推測される。このため、DTB溶液を外部回路への接続することで、帯電除去を行い、その効果を調べたところ、帯電除去により、光酸化効率が向上することが明らかになった。帯電除去条件下では、光酸化反応はpH 3.1付近で最も効率が高く、反応時定数約360分を達成するに至った。この結果、pH最適化と帯電除去を行わない場合に比べ、DTB光酸化の14倍もの効率化に成功した。
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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
当初、孤立溶液での光酸化効率の最適化までを目的としていたが、帯電除去効果を確認し、その条件下で更なる高効率化に成功したため。さらに、光酸化の効率化も10倍以上を達成したため。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成30年度、DTB水溶液の光酸化において、光充電に現実的な時定数を達成できた。今後、先ず、「（２）電池セル内光化学反応の機構解明」を主目的として、研究を推進する。正極活物質に有機硫黄ポリマーを用いて電極表面観察用電池セルを組み立て、電気化学的特性、光照射応答を調べる。応答から電池セル内での光酸化反応を評価し、光充電に向けた条件最適化の課題を明らかにする。
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