電子とイオンを高速輸送・貯蔵する高分子固体の創製

创造高速传输和存储电子和离子的聚合物固体

基本信息

批准号：
18H05983
负责人：
畠山歓
金额：
$ 1.91万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-08-24 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18H05983/
关键词：
ラジカルポリマー有機二次電池電極活物質高分子電解質

项目摘要

本研究は、固体条件で電子・イオンを輸送・貯蔵可能な高分子の新規開拓と、その電気化学特性の解明を目的とする。当初の研究計画に従い、主鎖・側鎖に脂肪族エーテル、酸化還元席として2,2,6,6-テトラメチルピペリジン 1-オキシル(TEMPO)やビオロゲンを導入した酸化還元活性ポリマーを精密合成した。一連のポリマーは高分子固体条件においても迅速かつ高速に酸化還元可能であり、電子・イオン双方の輸送能を有することを明らかにした。電子伝導性の更なる向上のため、単層カーボンナノチューブとのナノ複合体も作成した。電極の大規模・均質成膜が成果集積のボトルネックと判断し、研究計画を前倒しして全自動の塗工装置を導入した。成膜した電極は新規に合成したポリイミダゾリウム系電解質フィルムと積層することで全固体有機二次電池として動作実証・評価した。"ソフト"な性質を有するポリマー電極の伸縮耐性にも着眼し、完全にストレッチャブルな部材からなる二次電池も世界で初めて報告した。試作電池の総厚はわずか1μm程度と極めて薄く、皮膚に直接密着して貼り付け可能なバイオセンサ等、全く新しい用途での電池利用が期待出来る。ナノ繊維としての超分子ネットワークを形成する酸化還元活性分子も新規に合成し、超分子ゲルからなる全有機二次電池も試作、その電気化学過程を明らかにした。高分子固体の伝導度を高精度で予測するための方法論として、機械学習モデルの利用も新規に検討した。実験情報を精確に記述可能なデータベース・モデルの適用により、低分子添加剤等を含む複雑な混合状態においても、その伝導度を高精度で予測可能なことを明らかにした。一連の成果はアメリカ化学会等の学術誌や国内外の学会での口頭発表にて報告した。

这项研究的目的是开发能够在固态条件下传输和存储电子和离子的新型聚合物，并阐明其电化学特性。根据原研究方案，我们精确合成了主链和侧链均含有脂肪族醚，以2,2,6,6-四甲基哌啶1-氧基（TEMPO）和紫精为氧化还原位点的氧化还原活性聚合物。研究表明，一系列聚合物即使在聚合物固态条件下也能快速快速氧化还原，并且同时具有电子和离子传输能力。为了进一步提高电子传导性，我们还创建了具有单壁碳纳米管的纳米复合材料。我们确定电极的大规模、均匀沉积是成果积累的瓶颈，因此提出了研究计划，并引进了全自动镀膜设备。将形成的电极与新合成的聚咪唑电解质膜层压，以展示和评估其作为全固态有机二次电池的操作。着眼于具有“柔软”特性的聚合物电极的拉伸阻力，我们还报道了世界上第一个由完全可拉伸材料制成的二次电池。原型电池的总厚度极薄，仅为1μm左右，预计该电池将用于全新的应用，例如可以直接附着在皮肤上的生物传感器。我们还合成了一种新的氧化还原活性分子，该分子以纳米纤维的形式形成超分子网络，制造了由超分子凝胶制成的原型全有机二次电池，并阐明了其电化学过程。我们还新研究了使用机器学习模型作为高精度预测聚合物固体电导率的方法。通过应用可以准确描述实验信息的数据库模型，我们证明即使在含有低分子添加剂的复杂混合物中也可以高精度预测电导率。一系列成果在美国化学会等学术期刊以及国内外会议口头报告中报道。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

n-Type Redox-active Benzoylpyridinium-substituted Supramolecular Gel for an Organogel-based Rechargeable Device

DOI：
10.1246/cl.190085
发表时间：
2019-03
期刊：
Chemistry Letters
影响因子：
1.6
作者：
Kan Hatakeyama‐Sato;Rieka Ichinoi;Yoshito Sasada;Y. Sasaki;K. Oyaizu;H. Nishide
通讯作者：
Kan Hatakeyama‐Sato;Rieka Ichinoi;Yoshito Sasada;Y. Sasaki;K. Oyaizu;H. Nishide

TEMPO置換ポリマーを用いたストレッチャブル・全固体有機二次電池

使用TEMPO取代聚合物的可拉伸全固态有机二次电池