多価イオン性に着眼した電気二重層キャパシタ用イオン液体の合成とその機能

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25630311
• 研究機関: 鶴岡工業高等専門学校
• 研究代表者: 佐藤 貴哉 鶴岡工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (30399258)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: イオン液体 / 電気二重層キャパシタ / 多価アンモニウム塩 / エネルギー材料

研究実績の概要

電気二重層キャパシタ(Electric Double Layer Capacitor: EDLC)は高出力と百万サイクル以上の充放電耐久性を特徴とするエネルギー貯蔵デバイスである。申請者らは、EDLCの電解質としてイオン液体を用いることでその性能向上を達成した。本研究では、一分子内に複数のイオン基を有する多価イオン型イオン液体とカチオンとアニオンの両方を一分子内に有するベタイン型イオン液体の世界で初めての合成を目標として、(1)合成経路の確立、(2)イオン液体物理化学特性解明、(3)EDLC電解質としての特性評価を行う。

今までに一分子内に４，３，２個の四級アンモニウム基を有する多価アンモニウム塩、６種類を合成した。得られた全ての複数カチオンを分子内に有する塩はTFSIアニオンとの組み合わせでイオン液体（この場合は室温で液体）にはならず、結晶の塩となった。

これらの塩を極性有機溶媒に溶解し、電気二重層キャパシタ電解質としての性能を評価した。静電容量は、モノカチオン塩に比べて、ジカチオン塩は1/2, トリカチオン塩は1/3、テトラカチオンは1/4の濃度で同じ静電容量が発現することが明らかとなった。一方、ネルンスト・.アインシュタイン式を援用して得られるカチオンの分子サイズが大きなアンモニウム塩ほど、低い出力性能を示す。分子サイズが大きなカチオンのイオン移動が、大電流放電に追随できないためであると考えられた。

研究成果

• [雑誌論文] Investigation of mechanical properties and internal structure of novel ionic double-nework gels and comparison with conventional hydrogels (2016)
  • 著者名/発表者名: Ahmed K., Watanabe Y, Higashihara T, Arafune H, Kamijo T, Morinaga T, Sato T, Makino M, Kawakami M, Furukawa H
  • 雑誌名: Microsystem Technologies 巻: 22 ページ: 17-24
  • DOI: 10.1007/s00542-015-2630-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synthesis of Monodisperse Silica Particles Grafted with Concentrated Ionic Liquid-Type Polymer Brushes by Surface-Initiated Atom Transfer Radical Polymerization for Use as a Solid State Polymer Electrolyte (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Morinaga, Saika Honma, Takeo Ishizuka, Toshio Kamijo, Takaya Sato
  • 雑誌名: Polymers 巻: Volume 8 ページ: 146-158
  • DOI: 10.3390/polym8040146
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High voltage electric double layer capacitor using a novel solid-state polymer electrolyte (2015)
  • 著者名/発表者名: Takaya Sato, Shoko Marukane, Takashi Morinaga, Toshio Kamijo, Hiroyuki Arafune, Yoshinobu Tsujii
  • 雑誌名: Journal of Power Sources 巻: 295 ページ: 108-116
  • DOI: 10.1016/j.jpowsour.2015.06.116
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] リチウムイオン二次電池のガス発生を抑制する電極ポリマーコーティング (2015)
  • 著者名/発表者名: 榊原 圭太, 辻井 敬亘, 正村 亮, 森永 隆志, 佐藤 貴哉, 瓶子 克, 豊川 卓也, 堂前 京介, 田渕 光春, 前田 勝美, 田村 宜之, 村上 朝夫
  • 学会等名: 第24回ポリマー材料フォーラム
  • 発表場所: タワーホール船堀
  • 年月日: 2015-11-26 – 2015-11-26
• [学会発表] イオン液体型ポリマーブラシ付与微粒子を用いた固体電解質の特徴と機能 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 貴哉, 丸金 祥子, 本間 彩香, 森永 隆志, 辻井 敬亘
  • 学会等名: 第64回高分子討論会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-16
• [学会発表] リビングラジカル重合法を用いたイオン液体系 電解質の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 正村 亮,森永 隆志, Zhang Chaofu，佐藤 貴哉，榊原 圭太, 大野 工司, 辻井 敬亘
  • 学会等名: 平成 27 年度繊維学会年次大会
  • 発表場所: タワーホール船堀
  • 年月日: 2015-06-11 – 2015-06-11