高速および選択的イオン輸送が可能な高分子固体電解質の創製

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本研究は正電荷密度が極めて高いリチウムイオンを輸送ターゲットとし、リチウムイオンを単独カチオン成分として有するイオン液体と高分子を組み合わせることにより、化学・電気エネルギー変換系構築の新しい指針を確立することを目的としている。本年度は以下に示す研究を展開した。(1)リチウムイオン液体創製には典型的なイオン液体の構造-物性相関の解明が必須である。そこで代表的なイオン液体13種類を精密に合成し、物性を精査した。イオン液体はイオンのみから構成されるため、特にイオン構造変化に起因するイオン間の静電力の違いが物性の違いに大きく反映する。そこで、イオン拡散係数とイオン導電率測定からイオン液体中で電気伝導に寄与する実効的なイオンの割合を定量化した。これはイオン液体の「イオン性」ともいうべきイオン状態を記述する新しいパラメータであり、実際に様々なイオン液体の熱物性や粘性等のマクロ物性変化の考察を可能にした。(2)リチウム塩単独で高いイオン活量を与える分子設計として、電解液中で高解離性を与える置換基構造を有するアニオン骨格と同一分子内に、さらにカチオン配位サイトを導入することにより、様々な液体リチウム塩、すなわち"リチウムイオン液体"を合成した。さらにリチウムイオン液体中にモノマーを溶解させてラジカル重合することにより、ポリエーテルネットワーク中にリチウムイオン液体を保持させた"リチウムイオンゲル"を創製した。このリチウムイオンゲルのイオン導電率がこれまでに報告されているポリエーテル系固体電解質の最高値に匹敵することは、本研究で提案された方法論が化学・電気エネルギー変換系に適用可能なポリマーイオニクス材料の新しい設計指針であることを示している。