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

基本信息

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

项目摘要

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．

为了实现碳中和社会和超级智能能源社会，需要创造新一代高性能、高可靠性的二次电池。另一方面，作为化学领域的最新发展，一种称为共价有机骨架（COF）的具有纳米级周期性结构和孔隙率的固体体系因其许多独特的功能和多样化的应用可能性而引起了人们的关注。这项研究旨在利用三维COF制造新一代全固态电池，其具有目前尚不存在的超高有序分子框架，有望具有高性能。具体而言，本研究旨在实现以下两点。 (i) 通过利用超高有序分子框架创建新一代全固态电池，为社会和工业的发展做出贡献。 (ii) 开发和研究尚未在科学上研究过的超高有序分子框架系统中的离子输运原理，并创建分子热流体工程与化学融合的新领域。今年6月底公布接收通知，7月份开始研究期。这个项目分配了一名研究生，我们也启动了这个项目。今年的结果总结如下。首先，我们进行了详细的文献检索、讨论和研究了 COF 框架的化学鉴定，该框架可以表现出良好的锂离子扩散特性（特别是高离子电导率和迁移数）。在检查了几种候选方法后，我们决定创建一种具有离子骨架的新 COF。我们缩小了适合该方法的构建块分子（COF的原料分子）的候选范围，获得了多种类型的分子，并开始了实验。由于COF合成是采用溶液法进行的，因此我们测试了其在各种有机溶剂中的溶解度。找到了一种能够达到 COF 生长所需溶解度的溶剂，并开始寻找 COF 合成条件。关于研究环境，介绍了离子电导率测定所需的充放电评价装置（电池模拟器），并学习了操作方法。