High toughness gel electrolyte combined with concentrated electrolytes for energy storage applications

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本研究では、(１)濃厚電解液中におけるLiイオンの溶存構造に着目した分子レベル研究を行い、 (２)この濃厚電解液を反応場として多分岐高分子のゲル化を試み、得られた高分子ゲルをリチウムイオンキャパシタ（LIC）用ゲル電解質として応用することを目的としている。（１）について、ラマン分光測定や放射光X線全散乱実験、分子力学動力学（MD）シミュレーションを併用した精密構造解析手法により、LIC用濃厚電解液の溶液構造、特に、Liイオンの溶存構造を明らかにした。3 M以上のLi塩を溶解した濃厚電解液の溶液構造は希薄系（1 M程度）とは大きく異なり、(1) Liイオンは非配位性の対アニオンと接触イオン対を形成すること、(2) この接触イオン対錯体が連結した繰り返し構造、すなわち、イオン秩序構造を形成することが明らかとなった。高い秩序性を有する構造体の形成は、イオン輸送特性および電極反応特性にも影響を及ぼし、希薄系では観測できない特殊なイオン伝導機構やグラファイト負極へのLiイオンの良好な挿入/脱離反応など、LIC用ゲル電解質を作成するための液体成分として十分な性能を有することを確認した。（２）について、上記の電解液研究で性能最適化を施した濃厚電解液を反応場として多分岐高分子（本年度は、tetra-arm poly(ethylene glycol) (TetraPEG)を選択）のゲル化を試み、高効率で架橋反応が進行する条件を検討した。結果として、90%以上の架橋率を有する均一網目ゲルを合成することに成功し、得られたゲルをLiイオンキャパシタ用電解質として応用した。イオン伝導特性およびグラファイト負極や活性炭正極に対する電気化学特性を詳細に調べたところ、固体化（ゲル化）に伴う性能低下がほとんどなく、対応する液体電解質に匹敵する充放電特性を示す等、当初予定の研究戦略に沿う成果が得られた。