イオン伝導性フッ素化合物の合成と物性、ならびに電気化学的応用に関する研究

柔粘性結晶は液体と固体の間に見られる中間相の一つであり、その構成分子は三次元的に回転して、あたかも等方的な分子のようにふるまう。柔粘性イオン結晶は、球形に近いカチオンと各種アニオンを組み合わせることで単純な結晶構造をとり、そのイオン伝導性から次世代固体電解質として注目を集めている。その特長は①蒸気圧が無視できるほど低く、②難燃性であることなどが挙げられる。一方で液体電解質と比較して、イオン伝導率が低い、柔粘性結晶相を形成する温度範囲が狭いなどの欠点があり、これらを改善するための研究が行われている。過去の研究でフルオロハイドロジェネートアニオンを対アニオンとすることで、高イオン伝導性の柔粘性イオン結晶が得られることがわかっている。本研究では分子設計的な観点からカチオン構造を変化させたフルオロアニオンを対イオンとする柔粘性イオン結晶の合成、物性測定、電気化学的挙動の解明を目指した。Ｈ２８年度は前年度から引き続き大きな有機カチオンであるアダマンチルトリメチルアンモニウムカチオンと様々なフッ素系アニオンと組み合わせた柔粘性イオン結晶を合成した。いくらかの化合物については特に、単結晶Ｘ線回折によって結晶構造を決定し、乱れた構造を持つことを明らかにした。さらに、リチウム塩を添加した系において高いイオン伝導性を持つ柔粘性イオン結晶を発見した。また、柔粘性イオン結晶のマグネシウム二次電池用新規固体電解質としての応用を検討する中で、マグネシウムに様々な溶媒分子が配位した錯体の結晶構造を決定するに至った。これらは固体状態ではイオン伝導性は低いが、マグネシウム電池用電解液の構造を検討する上で重要な知見を与えると考えられる。

柔粘性結晶は液体と固体の間に見られる中間相の一つであり、その構成分子は三次元的に回転して、あたかも等方的な分子のようにふるまう。柔粘性イオン結晶は、球形に近いカチオンと各種アニオンを組み合わせることで単純な結晶構造をとり、そのイオン伝導性から次世代固体電解質として注目を集めている。その特長は①蒸気圧が無視できるほど低く、②難燃性であることなどが挙げられる。一方で液体電解質と比較して、イオン伝導率が低い、柔粘性結晶相を形成する温度範囲が狭いなどの欠点があり、これらを改善するための研究が行われている。過去の研究でフルオロハイドロジェネートアニオンを対アニオンとすることで、高イオン伝導性の柔粘性イオン結晶が得られることがわかっている。本研究では分子設計的な観点からカチオン構造を変化させたフルオロアニオンを対イオンとする柔粘性イオン結晶の合成、物性測定、電気化学的挙動の解明を目指した。Ｈ２８年度は前年度から引き続き大きな有機カチオンであるアダマンチルトリメチルアンモニウムカチオンと様々なフッ素系アニオンと組み合わせた柔粘性イオン結晶を合成した。いくらかの化合物については特に、単結晶Ｘ線回折によって結晶構造を決定し、乱れた構造を持つことを明らかにした。さらに、リチウム塩を添加した系において高いイオン伝導性を持つ柔粘性イオン結晶を発見した。また、柔粘性イオン結晶のマグネシウム二次電池用新規固体電解質としての応用を検討する中で、マグネシウムに様々な溶媒分子が配位した錯体の結晶構造を決定するに至った。これらは固体状態ではイオン伝導性は低いが、マグネシウム電池用電解液の構造を検討する上で重要な知見を与えると考えられる。