高性能高分子固体イオニクス材料の作製プロセスにおける超臨界二酸化炭素の応用

超临界二氧化碳在高性能高分子固态离子材料制备过程中的应用

基本信息

批准号：
16750184
负责人：
富永洋一
金额：
$ 2.43万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、二酸化炭素流体中における固体高分子電解質(SPE)のイオン伝導挙動を評価し、イオン輸送に最適な材料作製の為のプロセッシング条件を整理した。高圧下においてSPE内に溶解したCO_2分子は、イオン局所構造に高濃度に吸着し、ルイス酸-塩基相互作用によってアニオンや高分子鎖に配位することによって、凝集イオンの解離を促進させたためであると考察された。これらの効果を詳細に検討するため、高圧複素インピーダンス測定システムを用いてCO_2中におけるSPEのイオン伝導挙動を直接観察した。CO_2中におけるイオン伝導度の圧力依存性は正となり、既報の不活性ガス下における挙動とは異なる結果を示した。更に、様々なLi塩を含むSPEの圧力依存性とCO_2溶解量の測定を行った結果、アニオン種によってCO_2溶解量とイオン伝導度が大きく異なることが分かった。これらは、SPE中に吸着したCO_2分子とCO_2に親和的なアニオン間における相互作用がイオンの解離と移動を促進していることを裏付ける結果である。一方、高分子材料としての固体物性を保持したままSPEのイオン伝導度を改善する技術の為、新しいタイプの無機フィラーとして次元制限性を有するメソポーラスシリカ(MPSi)に着目し、モデル化合物として結晶性PEO及び非晶性PMEOのLiCF_3SO_3電解質へ充填したSPE複合材料を作製した。得られたMPSiの長周期構造は、SAXS及びTEM測定より確認された。PEO系電解質のイオン伝導度は、僅か2.5wt%のMPSiの充填によって40℃で2倍以上向上し、市販の粒子状シリカ(pSiO_2)よりも高い値を示すことが分かった。これは、合成されたMPSiのBET比表面積が829m^2/gと極めて大きく、一般的なナノサイズフィラー(pSiO_2の場合:90m^2/g)よりも10倍近いことによる。このようなイオン伝導度の向上は、高分子-フィラー界面におけるイオン伝導パスの形成が影響しており、MPSiの充填がイオン伝導度の向上に有効であることが初めて示された。

今年，我们评估了二氧化碳流体中固体聚合物电解质（SPE）的离子电导率行为，并组织了制备最佳离子运输材料的加工条件。人们认为这是因为在高压下以高浓度吸附在离子的局部结构的高压下，并通过路易斯酸基碱相互作用与阴离子和聚合物链协调，促进聚集离子的解离。为了详细检查这些效果，我们使用高压复杂阻抗测量系统直接观察了CO_2中SPE的离子传导行为。 CO_2中离子电导率的压力依赖性为阳性，显示的结果与惰性气体下的先前报道的行为不同。此外，发现含有各种LI盐的SPE的压力依赖性以及CO_2溶解的量以及Co_2溶解的量在CO_2的量中溶解和离子电导率取决于阴离子物种的量显着差异。这些结果证实，在SPE期间吸附的CO_2分子与CO_2的阴离子亲和力促进离子解离和迁移之间的相互作用。另一方面，为了提高SPE的离子电导率，同时保留了聚合物材料的固体特性，我们专注于中孔二氧化硅（MPSI），该二氧化硅（MPSI）具有限制限制的特性，作为一种新型的无机填充物，并准备了SPE复合材料，并准备了填充到LICF_3SO_3SO_3 SO3SO Electroltes Crystalline Peo和Am amor pme pme as amory pme as amory assor pme as as amornation pme as as amornation和Amamememecount的pme。通过SAXS和TEM测量确认所获得的MPSI的较长周期性结构。发现通过仅填充2.5 wt％MPSI，在40°C下，基于PEO的电解质的离子电导率提高了两倍以上，并且比市售颗粒硅的值更高（PSIO_2）。这是因为合成的MPSI的BET特定表面积在829m^2/g时非常大，接近典型的纳米填充剂（在PSIO_2：90m^2/g）的接近近10倍。离子电导率的这种改善受聚合物填充界面上离子电导率路径的形成的影响，并且首次表明MPSI的填充有效地提高离子电导率。