溶媒和フラストレーションに基づくホッピング伝導性液体電解質の設計

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22K19082
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分36:無機材料化学、エネルギー関連化学およびその関連分野
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 上野 和英 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (30637377)
• 研究期間 (年度): 2022-06-30 – 2024-03-31
• キーワード: 電解液 / リチウムイオン輸率 / イオン伝導率 / 溶媒和

研究成果の概要

蓄電デバイスの高性能化は持続可能社会実現の一翼を担う重要な課題である。従来の電解液中のカチオン輸送は系の粘性に支配される。Liイオン電池の高速充放電条件ではLiイオンの物質輸送が律速段階になるため、高出入力密度の二次電池を実現するために、高速カチオン輸送が可能な電解質の開発が望まれている。本研究では、液体中での効率的なイオンホッピング輸送を実現するため、超濃厚電解液中で意図的にカチオンの溶媒和状態を不安定化（溶媒和フラストレーション）させることで、高活性なアルカリ金属カチオンを生成させ、高いイオン伝導率、高いリチウムイオン輸率、容易な界面形成が可能な液体電解質の設計指針を提案した。

自由記述の分野

エネルギー化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

液体電解質はイオン伝導率を最重要因子とした開発が進められてきたが、高速充放電性能の向上のため、カチオン輸率が高い電解質の重要性も認識されるようになっている。しかし、低分子液体電解質で高いイオン伝導率と高いカチオン輸率の両立した報告例は皆無である。水溶液中のH+のホッピング輸送はGrotthuss機構として古くから知られているが、質量の大きなアルカリ金属カチオンのホッピング輸送の原理解明は学問的に極めて興味深い。本成果は溶媒和フラストレーションという新規概念に基づくイオンホッピング電解液の設計指針を示すものであり、関連分野の研究進展に対する貢献、社会へのインパクトや学術的な波及効果が期待できる。