| 研究課題/領域番号 |
19K15681
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| 研究機関 | 山陽小野田市立山口東京理科大学 |
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研究代表者 |
大谷 優太 山陽小野田市立山口東京理科大学, 工学部, 助教 (20807656)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | ゲル電解液 / 無機層状化合物 / 電気化学インピーダンス / ヨウ素イオン / 色素増感太陽電池 / 三ヨウ化物イオン |
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| 研究実績の概要 |
色素増感型太陽電池の開発では、電解液をゲル化して系の安定性を図るために電解液をゲル化する検討が行われているが、その際に電解質イオンの運動性の低下が問題であった。このゲル中のイオンの運動性を向上し、その挙動に対する支配因子を明らかにするために、①異なる構造を持つヨウ化物（Lithium iodide: LiI、1,3-Dimethylimidazolium iodide: DMImI、1,2-Dimethyl-3-propylimidazolium iodide: DMPImI、1-Hexyl-2,3-dimethylimidazolium iodide: HDMImI）を電解質として用いたイオンの運動性の評価と②無機層状化合物として粘土鉱物(Montmorillonite)のゲル電解質への添加を行った。電気化学インピーダンス測定の結果、①電解液のゲル化前後で電解質イオンの運動性が変化し、②粘土鉱物をゲル電解液に添加することで拡散抵抗が減少することが観測された。
評価を行ったtriiodideイオンの運動性はカウンターカチオンの種類によって変化し、アセトニトリル溶液中において、triiodideイオンの拡散係数の大小関係はLi+>HDMIm+>DMIm+>DMPIm+となった。次に、Polymethyl methacrylate (PMMA)を添加したゲル中でI3-イオンの拡散係数を評価すると、拡散係数は全体的に液体中よりも100分の1程度に小さくなり、加えて拡散係数の大小関係がDMPIm+>Li+=DMIm+>HDMIm+へと変化した。これらの変化は(i)アセトニトリル溶液のゲル化に依る粘性増加、(ii)カウンターカチオンの構造の違いに依るゲル化剤との相互作用の変化によって引き起こされたのだと考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
2019年度における目標は、ゲル化剤と電解質イオンとの相互作用の変化によるイオン運動性への影響を見出すことにあった。その点に関しては目標を達成した。イオンの拡散係数の大小関係が溶液中とゲル中とで変化するのは、溶媒分子との相互作用よりも添加剤との相互作用の方が支配的である可能性を示唆している。しかし、粘土鉱物の影響を詳らかにしていく検討は不十分であった。分子間力や静電相互作用などゲル化剤と電解質との相互作用はいくつか考えられるが、どういった因子がより支配的であるのかという点がまだ明らかになっていない。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、不十分であった粘土鉱物と電解質イオンとの関係についての検討を中心に行う。電荷密度の異なる粘土鉱物と構造の異なる電解質を用いて検討を行い、三ヨウ化物イオンの拡散係数の変化からゲル電解液中におけるイオン運動性に対する支配因子の解明を目指す。また、作製したゲル電解液を色素増感型太陽電池に組み込み、光電変換効率やフィルファクター等のパラメーターを評価する。電解液中のイオン運動性が電池特性にどのような影響を及ぼすのかを明らかにしたいと考えている。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
予算の用途は主に①実験に使用する器具・試薬の購入、②学会発表への出張旅費であった。これらに関して①研究の進捗が計画よりもやや遅かったこと、②“新型コロナウイルス感染症”対策に関連して学会等の開催が中止になったことが理由で当該年度での使用計画を変更する必要が生じた。次年度では当該年度において十分ではなかった粘土鉱物を用いた検討に使用する試薬、また、電池特性評価に用いる器具等に使用する予定である。
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