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イオン伝導度NMR同時計測システムの開発と固体電解質への適用

同步离子电导核磁共振测量系统的开发及其在固体电解质中的应用

基本信息

批准号：
21655066
负责人：
河村純一
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21655066/
关键词：
NMR リチウム電池燃料電池固体電解質イオン伝導

项目摘要

本研究では、イオン伝導体に対する新たな計測技術として、核磁気共鳴(NMR)とイオン伝導度を同時に測定するシステムを開発することを目的としている。そのためには、NMR装置内に設置した電気化学セルに対して、電圧・電流印可装置をつなぎ、インピーダンス測定とNMR信号検出を同時に行なえる装置を構築し、固体・液体中でのイオンダイナミクスを同時に精密に測定する技術の開発を目指している(1)昨年度までに開発した、インピーダンス計測用の電極とNMRコイルとの相互干渉の低減、光ファイバ温度計によるin situ温度計測などの技術を更に改良し、イオン伝導度とNMR測定を同一試料・同一温度条件下で測定する技術をほぼ完成した。これにより、精度・信頼性・再現性において格段に優れたデータが得られる事を確認できた。(2)この技術を用いて、LiI-H2O・トレハロース系の過冷却液体に対して適用し、100℃～-70℃の温度範囲でプロトンとリチウムイオンの拡散係数を分離測定し、同時にインピーダンス法によりリチウムイオン伝導度を測定した。その結果から、この系のイオン伝導度はリチウムイオン伝導が支配的であり、水分子と強く結合して移動している事。トレハロースの添加により、水分子との結合からデカップルされたリチウムイオンが生成する事が明らかになった。(3)またプロトン伝導性高分子電解質に対し、電極配置下でのNMR・MRI測定を行い、複数のプロトン種の存在とそれらの導電率への寄与を分離できる事が明らかになった。(3)これらの技術をリチウム電池の有機電解液にも適用し、充放電時のMRI画像取得やin situでのNMR測定技術を開発した。以上の結果は、2編の学術論文ならびに日本物理学会年会、固体イオニクス討論会、およびアジア固体イオニクス国際会議(武漢)等において発表された。

This study aims to develop a new measurement technique for electrical conductivity, such as nuclear magnetic resonance (NMR) and simultaneous measurement of electrical conductivity. For example, in the NMR apparatus, the electrochemistry and chemistry are set up, the electrochemistry and current are printed, the NMR signal is detected, the NMR signal is simultaneously detected, and the apparatus is constructed. In the solid and liquid, the electrochemistry and NMR signal are detected, and the mutual interference is reduced. The technology of optical thermometer in situ measurement has been improved, and the technology of NMR measurement has been completed under the same sample and temperature conditions. The accuracy, reliability, reproducibility, and quality of the product are all confirmed. (2)This technique is applied to the determination of the dispersion coefficient of supercooled liquids in the LiI-H2O system over the temperature range of 100℃ to-70℃, and to the determination of the conductivity of supercooled liquids by the method of separation. As a result, water molecules are strongly bound to move in the direction of conductivity. The addition of water molecules and the combination of water molecules make it possible to create a clear picture of the situation. (3)NMR and MRI measurements of conductive polymer electrolytes with electrode configurations, the presence of multiple species, and the separation of conductivity and conductivity (3)The technology of MRI imaging and NMR measurement of organic electrolytes in rechargeable batteries has been developed. The above results were published in the annual meeting of the Japanese Physical Society, the International Conference on Physics (Wuhan), etc.