超高秩序分子骨格系を用いた新世代の全固体電池創出と新融合領域創成

利用超高有序分子框架系统创建新一代全固态电池和新聚变领域

• 批准号: 22K18286
• 负责人: 村上 陽一
• 金额: $ 16.22万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18286/
• 关键词: 分子熱工学; ナノ孔内の輸送現象; 共有結合性有機骨格; 二次電池; イオン輸送

カーボンニュートラル社会，超スマートエネルギー社会の実現のため，高性能かつ高信頼な新世代二次電池の創出が望まれている．一方，近年の化学分野における展開として，共有結合性有機骨格 (Covalent Organic Framework, COF)というナノスケールの周期構造と多孔性をもつ固体系が，多くのユニークな特長と多彩な応用可能性により注目を集めている．本研究は，未だ存在せず，高性能が期待できる超高秩序な分子骨格をもつ３次元COFを用いた新世代の全固体電池の創出に挑戦する．具体的に，本研究は以下２点を目的とする．(i) 超高秩序分子骨格系を用いた新世代の全固体電池創出を創出し，社会と産業の発展に貢献すること．(ii) 学術が未形成な超高秩序分子骨格系におけるイオン輸送の学理を開拓・究明し，分子熱流体工学と化学との新たな融合領域を創成すること．本年度6月末に採択通知，7月より研究期間開始となった．大学院生一名を本課題にアサインし，とともに本課題の立ち上げを行った．本年度の実績概要は以下の通り．まず，Liイオンの良好な拡散特性（具体的には高いイオン伝導度および輸率）を発揮しうるCOF骨格の化学的特定について文献調査を詳しく行い，議論を重ね，検討を行った．幾通りかの候補の方法論の検討から，イオン性骨格をもつ新規COFを創製する方針を固めた．この方法論に添うビルディングブロック分子（COFの原料分子）の候補を絞り込み，複数種類の分子を入手し，実験を開始した．COF合成は溶液法で行われるため，様々な有機溶媒への溶解度をテストした．COF成長に望ましい溶解度を達成される溶媒が見いだされ，COF合成条件探索の開始した．研究遂行の環境面では，イオン伝導度計測に必要となる充放電評価装置（バッテリーシミュレーター）を導入し，その操作法を修得した．

为了实现一个不中立的社会和一个超级智能的能源社会，希望创建一个新一代的二级电池，该电池非常可靠并且能力高。另一方面，作为化学领域的最新发展，共价有机框架（COF）是一种具有纳米级周期性结构和孔隙率的固体系统，由于其许多独特的特征和多样的应用而引起了人们的关注。这项研究对使用3D COF创建新一代全稳态电池的挑战，该电池具有超高有序的分子框架，该框架仍然不可用，可以预期提供高性能。具体来说，本研究旨在实现以下两个方面：（i）使用超高度有序的分子骨架系统创建新一代全稳态电池，从而有助于社会和工业的发展。 （ii）在尚未形成的超高分子框架中开发和探索离子传输理论，并在分子热流体工程和化学之间创建一个新的融合区域。今年6月底通知了该接受，研究期始于7月。将一名研究生分配给了这项任务，并启动了这项任务。今年的结果如下：首先，我们对COF骨架的化学识别进行了详细的文献调查，这些调查可以表现出可以表现出良好的扩散性能（特别是高离子电导率和运输速率），并进行了讨论和检查。在检查了几种候选方法之后，我们决定创建一个具有离子主链的新COF。我们缩小了与该方法兼容，获得多种类型的分子并开始实验的候选构建块分子（共同分子）。由于COF合成是通过溶液进行的，因此已在各种有机溶剂中的溶解度进行了测试。发现溶剂可以实现COF生长的所需溶解度，并且开始寻找COF合成条件。在进行研究的环境方面，我们引入了一个电荷/放电评估设备（电池模拟器），以进行离子电导率测量，并学习了如何操作它。

项目成果

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