溶媒和フラストレーションに基づくホッピング伝導性液体電解質の設計

基于溶剂化挫败的跳跃导电液体电解质设计

• 批准号: 22K19082
• 负责人: 上野 和英
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19082/
• 关键词: 弱配位性溶媒; カチオン輸率; イオン伝導性; 濃厚電解液; 液体電解質; イオン伝導率; 溶媒和

蓄電デバイスの高性能化は持続可能社会実現の一翼を担う重要な研究開発課題であり、高出入力密度の二次電池を実現するために、高速カチオン輸送が可能な電解質の開発が望まれている。従来の電解液中のカチオン輸送は溶媒和されたカチオンの並進運動によって行われ、系の粘性に支配される。本研究では、液体中での効率的なイオンホッピング輸送を実現するため、濃厚電解液中で意図的にカチオンの溶媒和状態を不安定化（溶媒和フラストレーション）させることで、高活性なアルカリ金属カチオンを生成させる方法論を確立する。これにより、液体中でも粘性に支配されない、配位サイト間ホッピング機構によって高速イオン輸送を可能とし、高いイオン伝導性、高いカチオン輸率、容易な電極/電解質界面形成が可能な液体電解質を開発する。様々な分子性溶媒のリチウムカチオンへの配位性について、NMR法によりGutmannのドナー数を見積もった。中でも、鎖状エーテル系溶媒の多くはドナー数が低い弱配位性溶媒に分類されることが分かった。鎖状エーテルからなる濃厚電解液は室温で1 mS/cm以上の比較的高いイオン伝導率を示し、0.7程度の高いリチウム輸率を示すことが分かった。さらに、分子動力学シミュレーションによって、様々な溶媒からなる濃厚電解液中でのリチウムイオン―溶媒間の配位寿命(residence time)を評価したところ、配位寿命とリチウムイオン輸率には良い相関があり、配位寿命が短いほどリチウムイオン輸率が高くなる結果を得た。すなわち、これらの結果は本課題で提案している「意図的なカチオンの溶媒和状態の不安定化（溶媒和フラストレーション」によって生成した高活性なリチウムイオンによる効率的なイオン輸送が行われていることを支持するものである。

Battery デ バ イ ス の high performance-based は hold 続 may be society is の wing を bear important な う research project open 発 で あ り, higher power density の secondary battery を be presently す る た め に, high-speed カ チ オ ン conveying が may open な electrolyte の 発 が hope ま れ て い る. The 従 comes to the <s:1> electrolyte to transfer the <s:1> solvent in the <s:1> カチ <e:1> <s:1> and the されたカチ <s:1> and される move forward simultaneously in the によって motion われ and the <s:1> viscosity に control される. In this study で は, liquid で の sharper rate な イ オ ン ホ ッ ピ ン グ conveying を be presently す る た め, strong electrolyte で meaning 図 に カ チ オ ン の solvent and state を unrest (solvent and フ ラ ス ト レ ー シ ョ ン) さ せ る こ と で, highly active な ア ル カ リ metal カ チ オ ン を generated さ せ を る methodology established す る. こ れ に よ り, liquid で も viscous に dominate さ れ な い, ligand サ イ ト between ホ ッ ピ ン グ institutions に よ っ て high-speed イ オ ン conveying を may と し, high い イ オ ン 伝 conductivity, high い カ チ オ ン lose rate, easy な electrode/electrolyte interface may form が な liquid electrolyte を open 発 す る. Others 々 な solvent molecules sex の リ チ ウ ム カ チ オ ン へ の ligand sex に つ い て, NMR method に よ り Gutmann の ド ナ ー number を see product も っ た. In で も, lock エ ー テ ル series solvent の more く は ド ナ ー number が low い weak coordination solvent に classification さ れ る こ と が points か っ た. Lock エ ー テ ル か ら な る strong electrolyte は room-temperature で 1 mS/cm の is high above い イ オ ン 伝 conductivity を し, high degree of 0.7 の い リ チ ウ を ム lose rate in す こ と が points か っ た. さ ら に, molecular dynamics シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ っ て, others 々 な solvent か ら な る strong electrolyte in で の リ チ ウ ム イ オ ン - solvent の coordination between life (residence Time) を review 価 し た と こ ろ, ligand life と リ チ ウ ム イ オ ン lose rate に は good い phase masato が あ り, ligand が short life い ほ ど リ チ ウ ム イ オ ン lose rate high が く な た を る results. す な わ ち, こ れ ら の results は this topic proposed で し て い る "meaning the 図 な カ チ オ ン の solvent and state の unrest (solvent and フ ラ ス ト レ ー シ ョ ン" に よ っ て generated し た highly active な リ チ ウ ム イ オ ン に よ る sharper rate な イ オ ン conveying line が わ れ て い る こ と を support す る も の で あ る.

项目成果

On the concentration polarisation in molten Li salts and borate-based Li ionic liquids

熔融锂盐和硼酸盐基锂离子液体中的浓差极化

• DOI: 10.1039/d2cp05710g
• 发表时间: 2023
• 期刊: Physical Chemistry Chemical Physics
• 影响因子: 3.3
• 作者: Shigenobu Keisuke;Philippi Frederik;Tsuzuki Seiji;Kokubo Hisashi;Dokko Kaoru;Watanabe Masayoshi;Ueno Kazuhide
• 通讯作者: Ueno Kazuhide

Ion Transport in Glyme‐ and Sulfolane‐Based Highly Concentrated Electrolytes

• DOI: 10.1002/tcr.202200301
• 发表时间: 2023-02
• 期刊: The Chemical Record
• 作者: Keisuke Shigenobu;Taku Sudoh;J. Murai;Kaoru Dokko;M. Watanabe;K. Ueno

イオン液体の実用展開へ向けた最新動向

离子液体实际应用的最新趋势

• 发表时间: 2022
• 作者: 天野 真宏;長谷川 昂平;森 拓也;西内 俊策;土井 一行;吉田 英樹;松岡 信;高橋 宏和;中園 幹生;村瀬 潤;小林 玄器;大内幸雄
• 通讯作者: 大内幸雄

鎖状エーテル系電解液の基礎物性とリチウム硫黄電池への適用

链醚电解质的基本物理性质及其在锂硫电池中的应用

• 发表时间: 2023
• 作者: 石川 遼;重信 圭佑;須藤 拓;都築 誠二;篠田 渉;獨古 薫;渡邉 正義;上野 和英
• 通讯作者: 上野 和英

ドナー性の異なる溶媒を用いた高濃度Li塩溶液における溶液構造とLiイオン輸送の関係

使用不同供体性质的溶剂的高浓度锂盐溶液中溶液结构与锂离子传输的关系

• 发表时间: 2022
• 作者: 重信 圭佑;都築 誠二;篠田 渉;獨古 薫;渡邉 正義;上野 和英
• 通讯作者: 上野 和英