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

• 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; 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

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。

这项研究旨在开发可在固体条件下运输和存储电子和离子的新聚合物，并阐明其电化学性能。根据原始研究计划，氧化还原活性聚合物与主链和侧链中的脂肪族醚精确合成，以及2,2,6,6-四甲基磷酸酯1-氧基（TEMPO），VIOLOGINS和VIOLOGENS引入了氧化还原 - 还原回还原位点。据透露，即使在聚合物固体条件下，一系列聚合物也可以迅速和快速氧化，并且它们具有运输电子和离子的能力。为了进一步提高电子电导率，还制备了带有单壁碳纳米管的纳米复合材料。我们认为电极的大规模，均匀的膜形成是累积结果的瓶颈，我们引入了一个全自动涂料设备，目的是推进研究计划。用新合成的聚咪唑电解质膜层压膜形成的电极，以演示和评估全固体有机次级电池的运行。我们还专注于具有“软”特性的聚合物电极的拉伸电阻，并报告了世界上第一个由完全可拉伸的组件组成的世界二级电池。原型电池的总厚度仅约1μm，预计将用于全新的应用中，例如可以直接连接到皮肤的生物传感器。我们还新合成的氧化剂分子形成超分子网络作为纳米纤维，还产生了由超分子凝胶组成的整个有机二级电池的原型，揭示了这些分子的电化学过程。我们还新研究了机器学习模型的使用作为一种方法，以高精度预测聚合物固体的电导率。通过应用一个数据库模型，该模型允许对实验信息进行准确描述，已经显示，即使在含有小分子添加剂的复杂混合状态等的复杂混合状态下，也可以高精度预测电导率。在美国化学学会等学术期刊（如美国化学学会）以及国内和国际和国际和国际会议上的口述介绍中报告了一系列结果。