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2016 年度 実績報告書

「マイクロ孔イオニクス」の創成

研究課題

研究課題/領域番号 26708007
研究機関九州大学

研究代表者

山田 鉄兵  九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10404071)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードリチウムイオン電池 / マグネシウム電池 / ガリウム電池 / 配位高分子 / 多価金属電池 / 多孔性金属錯体
研究実績の概要

本年度は配位高分子を正極に用いたこれまでの配位高分子(MIL-100(Fe)、MIL-101(Fe)およびFemel)について、リチウムイオン電池、マグネシウム電池およびガリウム電池を作成し、その特性についてより詳細な評価を行った。
具体的にはレート特性やサイクル特性の評価を行い、サイクリックボルタンメトリー法により酸化還元電位を見積もり、充放電に伴う配位高分子の変化について詳細に検討した。また細孔内に取り込まれた金属カチオンについても評価した。サイクル特性については、リチウム電池およびマグネシウム電池では良好なサイクル特性が得られる一方、ガリウム金属電池については数サイクルで劣化することが明らかになった。またレート特定についても、リチウム電池・マグネシウム電池共に良好である。特に1Cという実用レベルの充放電速度において、マグネシウム電池の充放電容量が過去の他の材料を用いた際の報告例と比較して高い値を示した。このことは、多孔性材料を用いたことで、細孔内でのマグネシウムイオンの拡散が早くなったことに起因すると考えられ、マイクロ孔のイオニクスが、応用上重要であることを実証した例であると考えられる。
また配位高分子に電子伝導性を付与することを目的として、混合金属の配位高分子の合成も行った。MIL-100(Fe)にクロムイオンを10%程度ドープして電子伝導性を測定したが、純粋なMIL-100(Fe)と比較して優位な伝導度の向上は見られなかった。
また熱安定性についても評価を行った。配位高分子は熱的には極めて安定であり、コバルト酸リチウムなどの正極材料で見られる熱暴走の心配は全くないことがわかった。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (26件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 3件、 招待講演 6件) 備考 (2件) 産業財産権 (1件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] Grain-Boundary-Free Super-Proton Conduction of a Solution-Processed Prussian-Blue Nanoparticle Film2017

    • 著者名/発表者名
      K. Ono, M. Ishizaki, K. Kanaizuka, T. Togashi, T. Yamada, H. Kitagawa, M. Kurihara
    • 雑誌名

      Angew. Chem., Int. Ed.

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Introduction of Thiourea into Metal-Organic Frameworks by Immersion Technique and Their Phase Transition Characteristics2017

    • 著者名/発表者名
      T. Yamada, Y. Kubo, N. Kimizuka
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 46 ページ: 115-117

    • DOI

      10.1246/cl.160910

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Poly{1,4-butanediammonium [tris-μ-oxalatodimanganese(II)] Hexahydrate}2016

    • 著者名/発表者名
      M. Sadakiyo, T. Yamada, H. Kitagawa
    • 雑誌名

      IUCrData

      巻: 1 ページ: x161639, 1-3

    • DOI

      10.1107/S2414314616016394

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Study on Proton Conduction in a Layered Metal-Organic Framework, Rb2(adp)[Zn2(ox)3]·3H2O (adp = adipic acid, ox2- = oxalate)2016

    • 著者名/発表者名
      M. Sadakiyo, T. Yamada, H. Kitagawa
    • 雑誌名

      Inorg. Chem. Commun.

      巻: 72 ページ: 138-140

    • DOI

      10.1016/j.inoche.2016.08.016

    • 査読あり
  • [雑誌論文] High Proton Conductivity of Zinc Oxalate Coordination Polymers Mediated by a Hydrogen Bond with Pyridinium2016

    • 著者名/発表者名
      T. Yamada, T. Nankawa
    • 雑誌名

      Inorg. Chem.

      巻: 55 ページ: 8267-8270

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.6b01534

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Supramolecular Thermo-Electrochemical Cells: Enhanced Thermoelectric Performance by Host-Guest Complexation and Salt-Induced Crystallization2016

    • 著者名/発表者名
      H. Zhou, T. Yamada, N. Kimizuka
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 138 ページ: 10502-10507

    • DOI

      10.1021/jacs.6b04923

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Hydrated Proton-Conductive Metal-Organic Frameworks2016

    • 著者名/発表者名
      M. Sadakiyo, T. Yamada, H. Kitagawa
    • 雑誌名

      ChemPlusChem

      巻: 81 ページ: 691-701

    • DOI

      10.1002/cplu.201600243

    • 査読あり
  • [学会発表] キラル配位高分子への色素導入と誘起円二色性を利用したCDイメージング2017

    • 著者名/発表者名
      江口稔季, 山田鉄兵, 成島哲也, 君塚信夫
    • 学会等名
      日本化学会 第97春季年会
    • 発表場所
      慶応義塾大学日吉キャンパス
    • 年月日
      2017-03-19 – 2017-03-19
  • [学会発表] Novel Thermo-electrochemical Cells based on Proton-conjugated Electron Transfer in Aqueous pH-responsive Polymers2017

    • 著者名/発表者名
      GAO, Fan; KAKU, Honsui; YAMADA, Teppei; HOSHINO, Yu; KIMIZUKA, Nobuo; MIURA, Yoshiko
    • 学会等名
      日本化学会 第97春季年会
    • 発表場所
      慶應義塾大学大学 日吉キャンパス
    • 年月日
      2017-03-16 – 2017-03-16
  • [学会発表] フェロセン誘導体からなる熱化学電池とb-シクロデキストリンとの包摂によるゼーベック係数の向上2017

    • 著者名/発表者名
      鄒暁鵬,山田鉄兵,君塚 信夫
    • 学会等名
      日本化学会 第97春季年会
    • 発表場所
      慶應義塾大学大学 日吉キャンパス
    • 年月日
      2017-03-16 – 2017-03-16
  • [学会発表] キラルなホストとゲストを利用した分子ネジの創成と展開2017

    • 著者名/発表者名
      山田鉄兵
    • 学会等名
      さきがけ「超空間」二期生ミーティング
    • 発表場所
      TKPガーデンシティ博多新幹線口
    • 年月日
      2017-01-30 – 2017-01-30
    • 招待講演
  • [学会発表] 『シクロデキストリンと三ヨウ化物イオンとのホスト-ゲスト相互作用を利用した熱電変換』2017

    • 著者名/発表者名
      山田鉄兵
    • 学会等名
      ExOM&CMS合同シンポジウム
    • 発表場所
      九大伊都キャンパス
    • 年月日
      2017-01-17 – 2017-01-17
    • 招待講演
  • [学会発表] Enhancement of seeback coeffoicient of thermo-electrochemical cell by supramolecular chemistry2016

    • 著者名/発表者名
      Teppei Yamada
    • 学会等名
      EMERGING ENERGY TECHNOLOGIES SUMMIT AND EXHIBISION
    • 発表場所
      メルボルン
    • 年月日
      2016-12-07 – 2016-12-07
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 色素を導入したキラル配位高分子の円二色性イメージングによるキラリティの可視化2016

    • 著者名/発表者名
      江口稔季,脇山太郎,山田鉄兵,成島哲也,君塚信夫
    • 学会等名
      高分子学会九州支部若手会
    • 発表場所
      菊南温泉ユウベルホテル(熊本県熊本市)
    • 年月日
      2016-11-17 – 2016-11-17
  • [学会発表] イオン性Disordered Crystalにおける指向的イオン伝導2016

    • 著者名/発表者名
      松木昌也,山田鉄兵,出倉駿, 北川宏,安田伸広,君塚信夫
    • 学会等名
      第10回分子科学討論会
    • 発表場所
      神戸ファッションマート
    • 年月日
      2016-09-14 – 2016-09-14
  • [学会発表] 固体イオン伝導体による熱化学電池のゼーベック係数の制御2016

    • 著者名/発表者名
      山田鉄兵、下野智也、松木正也、君塚信夫
    • 学会等名
      第10回分子科学討論会
    • 発表場所
      神戸ファッションマート
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-13
  • [学会発表] キラリティを誘導したLabtbの合成とゲスト分子の誘起CDの観測2016

    • 著者名/発表者名
      山田鉄兵,脇山太郎,江口稔季,君塚信夫
    • 学会等名
      錯体化学会第66回討論会
    • 発表場所
      福岡大学
    • 年月日
      2016-09-11 – 2016-09-11
  • [学会発表] "多孔性金属錯体を正極に用いた金属ガリウム 二次電池の創製"2016

    • 著者名/発表者名
      白石寛治, 山田鉄兵, 君塚信夫
    • 学会等名
      錯体化学会第66回討論会
    • 発表場所
      福岡大学
    • 年月日
      2016-09-10 – 2016-09-10
  • [学会発表] Thermoelectrochemical Cell and Supramolecular Chemistry2016

    • 著者名/発表者名
      山田鉄兵
    • 学会等名
      プレシンポジウム for ICMM@東大
    • 発表場所
      東京国際フォーラム
    • 年月日
      2016-09-03 – 2016-09-03
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 超精密空間による電気化学エネルギーの制御2016

    • 著者名/発表者名
      山田鉄兵
    • 学会等名
      さきがけ先鋭会
    • 発表場所
      東北大学東京分室(東京都千代田区)
    • 年月日
      2016-07-08 – 2016-07-08
    • 招待講演
  • [学会発表] ソフトイオニクス2016

    • 著者名/発表者名
      山田鉄兵
    • 学会等名
      CERI公開講座
    • 発表場所
      福岡市産学連携交流センター 1F交流ホール
    • 年月日
      2016-06-18 – 2016-06-18
    • 招待講演
  • [学会発表] High Seebeck Coefficient of 2.0 mV/K Achieved by Host-Guest Chemistry into Thermo-electrochemical Cell2016

    • 著者名/発表者名
      Teppei Yamada, Hanyao Zhou, Nobuo Kimizuka
    • 学会等名
      Nature Conference on Materials for Energy 2016
    • 発表場所
      武漢理工大学、中国
    • 年月日
      2016-06-13 – 2016-06-13
    • 国際学会
  • [学会発表] シクロデキストリン添加によるI-/I3-系熱化学電池のゼーベック係数の向上2016

    • 著者名/発表者名
      山田鉄兵・周泓遥・君塚信夫
    • 学会等名
      第65回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      神戸国際会議場 兵庫県神戸市
    • 年月日
      2016-05-25 – 2016-05-25
  • [備考] 君塚研究室ホームページ

    • URL

      http://www.chem.kyushu-u.ac.jp/~kimizuka/index.php?id=1

  • [備考] 分子システム科学センター

    • URL

      http://www.chem.kyushu-u.ac.jp/~cms/

  • [産業財産権] 熱電変換材料とそれを有する熱電変換装置、熱化学電池および熱電センサー2017

    • 発明者名
      山田 鉄兵、周 泓遥、君塚 信夫
    • 権利者名
      山田 鉄兵、周 泓遥、君塚 信夫
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-046309
    • 出願年月日
      2017-03-09
    • 外国

URL: 

公開日: 2021-01-27  

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