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2020 年度 実施状況報告書

高速イオン伝導が可能な電子-イオン混合伝導性有機材料の創成と伝導メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 19K15396
研究機関鶴岡工業高等専門学校

研究代表者

正村 亮  鶴岡工業高等専門学校, その他部局等, 講師 (50757599)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードシングルイオン伝導性ポリマー / リチウムイオン伝導 / 酸化グラフェン / π共役系 / 混合伝導
研究実績の概要

本研究では、電子伝導体であるπ共役系分子と、イオン伝導体であるイオン液体を精密に複合化させ、1種類の材料中で電子伝導とイオン伝導を同時に有する、「新規混合伝導性有機材料」の創成を行う。このような材料中では、電子・イオンそれぞれが独立した伝導性を示す、あるいはお互いが協同的な伝導性を示すことも考えられ、有機系電子デバイス設計において、極めて重要な知見となる。
2020年度は、新たな高イオン伝導性ポリマー開発に向けた基礎実験を行った。シングルイオン伝導性ポリマーのイオン伝導度の向上を目的として、シングルイオン伝導性ポリマーと、酸化グラフェン(GO)の複合膜を合成し、伝導度をはじめとした各種物性について検討した。
合成した複合膜は、インピーダンス測定による抵抗値測定、TG測定、DSC測定の各測定を行った。30℃~90℃の温度範囲での伝導度測定の結果より、GOが5%程度含有された複合膜において、最も伝導度が高い結果が出た。この原因を究明するため、TGおよびDSCによる熱分析を行った。その結果、TG測定においては、100℃以下で分解等の挙動が見られず、インピーダンス測定の温度範囲で複合膜は安定であることが分かった。さらにDSC測定では、シングルイオン伝導性ポリマーのみの場合と、GOを添加した場合において、ともに35℃~40℃付近にガラス転移点が観測され、大きな違いが見られなかった。すなわち、GOの添加による伝導度向上の要因は、GOの可塑剤としての効果に起因するものではなく、GO自体がイオン伝導性に寄与するものであることが示唆された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度の研究結果の、シングルイオン伝導性ポリマーにおけるイオン伝導性向上に関する知見から、今後の研究の全体の方向性が得られたた。そのため、全体としてはおおむね順調に進展していると考える。

今後の研究の推進方策

次年度は、本年度の結果をもとに、ブロックポリマーを含めた、ポリマー構造(分子構造)の最適化を検討する。さらに、複合材料として、GOとの複合膜を合成するほか、π共役系分子をはじめとした、電子(ホール)伝導材料との複合化も検討し、混合伝導性に関する物性測定を行う。合成した材料については、電解質膜のほか、セパレーターや電極保護膜としての利用を検討し、二次電池や燃料電池材料としての応用を目指す。

次年度使用額が生じた理由

予定していた国際学会2件と国内出張が全てキャンセルとなった。そのため、出張旅費として予定していた額が余った。国際学会2件は次年度へ延期となったため、開催されれば、旅費として使用予定である。また、一部、実験内容を変更予定のため、その実験で用いる器具の購入に使用予定である。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Novel Use of a Pyridinium Salt to Form a Solid Electrolyte Interphase (SEI) on High Voltage Lithium-Excess Layered Positive Active Material2021

    • 著者名/発表者名
      Shomura Ryo、Sakakibara Keita、Marukane Shoko、Nakamichi Kimiyo、Morinaga Takashi、Tsujii Yoshinobu、Sato Takaya
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: accepted ページ: accepted

    • DOI

      10.1246/bcsj.20200329

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] In Situ Surface-Initiated Atom-Transfer Radical Polymerization Utilizing the Nonvolatile Nature of Ionic Liquids: A First Attempt2020

    • 著者名/発表者名
      Satoh Ryo、Honma Saika、Arafune Hiroyuki、Shomura Ryo、Kamijo Toshio、Morinaga Takashi、Sato Takaya
    • 雑誌名

      Polymers

      巻: 13 ページ: 61~61

    • DOI

      10.3390/polym13010061

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] アニオン性ポリマーを基盤とした新規シングルイオン伝導性固体電解質の開発2020

    • 著者名/発表者名
      正村 亮, 玉手 亮多, 森永 隆志, 佐藤 貴哉, 高田 和典
    • 学会等名
      第30回日本MRS年次大会
  • [学会発表] Synthesis of Protonic Ionic Liquid Polymers for Application to PEFC Electrolytes and Their Electrical Characterization2020

    • 著者名/発表者名
      佐藤 瑠星, 正村 亮, 伊藤 滋啓, 森永 隆志, 佐藤 貴哉
    • 学会等名
      第30回日本MRS年次大会

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公開日: 2021-12-27  

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