| 研究課題/領域番号 |
20K21079
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| 研究機関 | 静岡大学 |
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研究代表者 |
守谷 誠 静岡大学, 理学部, 講師 (70452208)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| キーワード | マグネシウム / イオン伝導 / 固体電解質 / 全固体電池 / 分子結晶 / 超分子 / イオン液体 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、全固体マグネシウム電池の実現には、これまで注目されてきた無機固体化学から飛躍した新たな探索空間で固体電解質開発に取り組むことが必要と考え、分子結晶を活用した新規マグネシウム伝導体の開発を検討している。具体的には、すでに我々が開発に成功しているリチウムイオン伝導性分子結晶電解質の作製法を参考に、分子性アニオンを有するマグネシウムイオンと種々の有機基質との反応から、イオン伝導パスを格子中に有する分子結晶を合成するとともに、単結晶X線構造解析による結晶構造の解明を試みている。
本年度は、Mg{N(SO2CF3)2}2（以下、Mg(TFSA)2）とイオン液体類縁体である[N(CH3)4][N(SO2CF3)2] ([N1111][TFSA])、または[N(CH3)2(CH2CH3)2][N(SO2CF3)2] ([N1122][TFSA])からなる新規分子結晶[N1111][Mg(TFSA)3], [N1122][Mg(TFSA)3]の合成と単結晶構造解析に成功した。また、熱重量分析により、生成物が300度付近までは分解することなく安定に存在することを確認した。さらに、これらの生成物について、結晶状態におけるイオン伝導度とマグネシウムイオン輸率の評価を実施することにより、[N1122][Mg(TFSA)3]が室温近傍でマグネシウムイオンを選択的に伝導させることを明らかにした。また、未発表ではあるものの他の有機基質を構成要素とする含マグネシウム分子結晶の合成と単結晶X線構造解析にも成功した。今後、これらの分子結晶の固体電解質としての特性評価を進めていく。
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| 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
本研究では、固体電解質の新たな探索空間として分子結晶に大きな可能性があることを確認するため室温付近でマグネシウムイオンを拡散させる分子結晶を開発することを第一の目標としている。また、分子結晶のマグネシウム伝導性を大幅に向上させる材料設計指針の構築を指向し、分子結晶電解質の構造とマグネシウムイオン伝導性に関する基礎的知見を蓄積することを目標としている。
本年度は難燃性、不揮発性といった特長を有するイオン液体類縁体を構成要素とした複数種の新規含マグネシウム分子結晶の作製と結晶構造解析に成功した。また、得られた分子結晶が高い熱的安定性を有し、比較的高いマグネシウムイオン伝導性を示すことも明らかにした。得られた成果は学会発表、論文投稿を通して対外的に発表している。以上の結果をまとめると、本研究はおおむね順調に進展していると結論づけられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
分子結晶電解質の特性向上には、結晶構造と伝導性の相関理解が重要である。そのため、昨年度、今年度と同様に、今後も種々のマグネシウム塩と有機基質との組み合わせからなる新規含マグネシウム分子結晶の作製と結晶構造解析、電気化学測定を系統的に行い、構造―物性相関の理解の基礎となる知見を収集する。さらにマグネシウムイオン伝導性に優れる分子結晶の開発を目指す。
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