1次元ナノチャンネル化による表面利用超イオン伝導性の発現

通过一维纳米通道形成表达基于表面的超离子电导率

基本信息

批准号：
14655278
负责人：
山村力
金额：
$ 2.43万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

本萌芽研究では、イオン伝導体をナノサイズのチャンネルを持った酸化物(アルミナ)中に導入することにより、イオン伝導度の大幅な向上とそのメカニズムの理解を目指したものである。本研究により以下の点が明らかになった。(1)界面活性剤を鋳型として用いるゾル-ゲル法によりナノチャンネルアルミナを合成した。その際、用いる鋳型高分子の大きさ、形、合成条件の最適化により、チャンネルサイズを3nmから20nmまでの範囲でコントロールできた。合成されたメソ孔アルミナ中にリチウムイオン伝導体であるヨウ化リチウムを導入した。電気伝導度をインピーダンス法にて測定したところ、純ヨウ化リチウムと比較して伝導度の大幅な増加を観測した。(2)伝導度にはチャンネルサイズ依存性が見られ、チャンネル径を4〜12nmまで変化させたところ、サイズの減少に伴って、伝導度が増加した。このことから、アルミナの表面電荷によってヨウ化リチウム中に生ずる空間電荷層が、ナノ構造により重なり合い、そこでの欠陥濃度が飛躍的に増加するという、ナノサイズ効果が発現することで、伝導度が向上した可能性が示唆された。(3)負極:リチウム金属、正極:ヨウ素、とし、本研究で作製した電解質を用いた一次電池を作製した。その起電力を測定したところ、ヨウ化リチウムの分解電圧(2.8V)と一致した。このことから、本研究で作製した電解質は、純粋なリチウムイオン伝導体であることが示唆された。また、リチウムイオンの拡散係数測定をNMR法により行ったところ、伝導度と拡散係数の間にアインシュタイン式の成立を確認した。

这项初步研究旨在通过将离子导体引入具有纳米级通道的氧化物（氧化铝）中，显着提高离子电导率并了解其机理。本研究揭示了以下几点。 (1)以表面活性剂为模板，采用溶胶-凝胶法合成纳米通道氧化铝。当时，通过优化所用模板聚合物的尺寸和形状以及合成条件，他们能够将通道尺寸控制在3 nm至20 nm范围内。将锂离子导体碘化锂引入到合成的介孔氧化铝中。当使用阻抗法测量电导率时，与纯碘化锂相比，观察到电导率显着增加。 (2)发现电导率取决于通道尺寸，当通道直径从4 nm变化到12 nm时，电导率随着尺寸减小而增加。由此可知，由于氧化铝的表面电荷而在碘化锂中产生的空间电荷层与纳米结构重叠，并且那里的缺陷浓度急剧增加，导致纳米尺寸效应，从而提高导电性。那(3)采用本研究制备的电解液制作原电池，负极为金属锂，正极为碘。当测量电动势时，它与碘化锂的分解电压(2.8V)相匹配。这表明本研究中生产的电解质是纯锂离子导体。此外，当使用NMR法测量锂离子的扩散系数时，证实了在电导率和扩散系数之间爱因斯坦方程成立。