無水フッ化水素溶液系を用いたグラファイトインタ-カレ-ション反応の設計と制御

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1.半イオン結合性層間化合物C_2Fの合化とこれを正極とする高エネルギ-密度電池SPー1(UCC製HOPGーPowder,10μm)を15℃のHF中に浸漬し、この系にフッ素を間欠的に6時間フロ-することにより、C_2Fが得られた。X線回折図とXPSスペクトルから、C_2Fは半イオン性CーF結合の層間化合物であることが明らかにされた。C_2Fを正極とするリチウム電池Li/1MーLiClO_4PC/C_2F(PC:Propyleneーcarbonate)のOCV(起電力)は3.6Vであり、電流密度10μA/cm^2、100μA/cm^2、500μA/cm^2におけるCCV(放電電位)はそれぞれ3.4V、3.2V、3.0Vといずれも非常に高い。C_2F正極の過電圧はそれぞれの電流密度において0.2V、0.4V、0.6Vと非常に低いのが最大の特徴であり、エネルギ-密度は100μA/cm^2で1995Wh/Kgにも達した。2.フッ素イオン伝導性固体電解質としてのC_xF第2ステ-ジイオン性層間化合物C_<10>Fのインピ-ダンス測定を行った。測定の結果得られたコ-ル・コ-ルプロットは、抵抗とコンデンサ-の並列回路で等価することのできる固体電解質の典型的な形であり、C_<10>Fはab面内のF^-イオン伝導体であることが明らかにされた。このことがイオン性、半イオン性C_xF正極過電圧が著しく小さく、従って、CCVの高い、高エネルギ-密度電池を可能にした理由である。また、C_xFはグラファイト層間化合物としては初めて見い出された固体電解質である。3.C_xMF_<y+z>(M=Cr,Sn,Pb,Pd,y=2〜4、z=1〜2)の合成各金属フッ化物のHF溶液系から、C_xSnF_y、C_xPbF_y、C_xCrF_y、C_xPdF_yを合成することができた。これらの新規層間化合物の合成と物性の解明が次年度の課題である。