Exploration of multivalent ionic conductor in complex hydride-based molecular crystal

复合氢化物基分子晶体中多价离子导体的探索

• 批准号: 22H01803
• 负责人: 木須 一彰
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01803/
• 关键词: 多価イオン伝導; 次世代電池; 水素化物; 中性分子; 分子結晶

本研究では、水素化物と中性分子から形成される "水素化物分子結晶群" を開拓によって、多価イオン伝導体を開発し、環境負荷・安全性・エネルギー密度等において理想的な蓄電デバイスである全固体多価電池を実現することである。2022年度は、水素化物分子結晶 MB12H12-nH2O（M=Zn or Mg, n=0-12）を開発し、その構造とイオン伝導の関係を明らかにした。NaB12H12を出発原料として、イオン交換・中和反応・環境制御（湿度・温度・圧力）によって、水和数の異なるZn系水素化物およびMg系水素化物の単体合成に成功した。イオン伝導特性を電気化学的手法によって評価した結果、Zn系およびMg系どちらにもおいてもn=12の試料において優れたイオン伝導率を有することがわかった（図）。ZnB12H12-12H2OのNMR測定からは、(1) Znイオンの伝導、(2) B12H12アニオンの回転運動、(3) Znへ直接配位しているH2Oと配位していないH2O間における交換反応、それぞれを示すシグナルが確認された。一方、その他の水和物または無水物については、これらのシグナルは得られていない。この結果より、ZnB12H12-nH2Oにおいて、中性分子である水分子数によって構造変化の柔軟性が増すことで、イオン伝導を促していることが示唆された。さらに、ZnB12H12-12H2Oを固体電解質、有機物系正極材料、亜鉛金属負極を用いた全固体電池を構築からは可逆な充放電特性が確認されており蓄電池動作を実証した。今後は、中性分子を水から有機溶媒等に変更し、より安定性の高いイオン伝導体・固体電解質の開発を検討する。

This study focuses on the formation of "hydrated molecule crystallization group" between hydrogenated compounds and neutral molecules.を开户によって、多価イオン伝 Conductor を开発し、Environmental load・Safety・Econdensity The ideal power storage battery of the same degree is the all-solid-state multi-voltage battery. In 2022, hydration molecular crystal MB12H12-nH2O (M=Zn or Mg, n=0-12) is open and the structure is the same as the relationship between the structure and the guide. NaB12H12を出発raw material として、イオン exchange・neutralization reaction・environmental control (humidity・temperature・pressure ) によって, water and several different なるZn-based hydrides, およびMg-based hydrides, were successfully synthesized. The conductive properties of イオン伝をElectrochemical methods によって evaluation 価した results, Zn system およびMg system どちらにもおいてもn=12のSampleにおいて优れたイオン伝 Conductivity を有することがわかった(図). ZnB12H12-12H2O のNMR measurement results, (1) Znイオンの伝guide, (2) B12H12 アニオンの绢 movement, (3) Zn へ direct coordination しているH2O と coordination していないH2O における exchange reaction, それぞれをshow すシグナルがconfirm された. One party, そのの水和物または无水物については, これらのシグナルは得られていない.このRESULTより、ZnB12H12-nH2Oにおいて、neutral molecule であるnumber of water moleculesによってStructural changeのsoftnessが嗗すことで、イオン伝guidance をしていることが时憆された.さらに, ZnB12H12-12H2Oをsolid electrolyte, organic cathode material, and lead metal negative electrode The reversible charging and discharging characteristics of the battery are constructed using an all-solid-state battery and the operation of the battery is confirmed. In the future, the use of neutral molecules, water, and organic solvents will be updated, and the use of high-stability conductors and solid electrolytes will be improved.