全有機固体電池：レドックスポリマー電極と固体電解質の研究

全有机固态电池：氧化还原聚合物电极和固体电解质研究

基本信息

批准号：
15F15752
负责人：
西出宏之
金额：
$ 1.02万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-11-09 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15F15752/
关键词：
高分子化学機能性高分子二次電池機能材料

项目摘要

重金属フリーで環境適合、サステイナブルな次世代蓄電池（二次電池）の電極活物質として期待されるラジカルポリマーでの電荷輸送特性を解明し、全有機電池としての道筋を提示するための基礎研究である。受入研究室で世界的に先駆け展開しているニトロキシド（TEMPO）ラジカルポリマーを対象に、その界面での電荷授受および対イオンの拡散過程を当該研究者が所属機関（端・ウプサラ大）で実施してきた解析法も併用して検討し、電極活物質としての要件を抽出した。また新しい電荷貯蔵サイトの分子設計と高分子化実験も試行した。TEMPOラジカルポリマーを対象に、電荷拡散による約10μS/㎝の導電性を定量的に解析し、電荷の拡散定数10－9cm2/sと対イオンの拡散定数7×10－10cm2/sより後者が微視的には律速であることを示した。またポッピング機構による自己電子交換での再配置エネルギーが約1eVであること、またラジカル部位周りの極性場が支配因子であることをはじめて明らかにした。以上より、距離10μmでの導電、すなわち添加物無い有機ラジカルポリマーでも数μm厚みで電池電極として作動しうる結論を得た。このほか有機電池の構成成分としてのテレフタル酸リチウム、電解質ポリエチレンオキシド誘導体の可能性を探索もした。以上、有機固体電池へのアプローチ法をとりまとめた。

这是一项基础研究，旨在阐明自由基聚合物的电荷传输特性，并为下一代无重金属、环境友好和可持续的蓄电池（二次电池）的电极活性材料提供途径。面向全有机电池。在其附属机构（乌普萨拉大学），研究人员一直在硝基氧（TEMPO）自由基聚合物的界面上进行电荷转移和反离子扩散过程，这是该主办实验室在世界上首次开发的分析方法。还用于确定电极活性材料的要求。我们还尝试了新电荷存储位点的分子设计和聚合实验。我们定量分析了TEMPO自由基聚合物由于电荷扩散而产生的约10μS/cm的电导率，发现后者略小于电荷扩散常数10-9cm2/s和抗衡离子扩散常数7×10- 10cm2/s 从视觉上看，它是速率限制的。我们还首次揭示了由于爆裂机制导致的自电子交换重排能量约为1 eV，并且自由基位点周围的极场是主导因素。综上所述，我们得出结论，在10μm的距离内实现了导电性，也就是说，即使是没有添加剂的有机自由基聚合物也可以充当厚度为数μm的电池电极。此外，我们还探索了对苯二甲酸锂和电解质聚环氧乙烷衍生物作为有机电池组件的潜力。以上是有机固态电池方法的总结。