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日本北陸先端科技大學院大學成功製作出世界最高水準的有機類準固態電解質

2019年02月27日 化學材料
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日本北陸先端科學技術大學院大學全球首次利用生物分子,成功製作了具備接近10-2 Scm-1的離子導電的準固態電解質。

生物衍生材料是以源自植物等生物的可再生有機資源(生物質)為原材料的材料,被認為有助於削減二氧化碳(CO2)排放量和實施廢棄物處理,不過目前僅在一次性領域得到採用,而且用途有限。另一方面,考慮到昂貴的價格,設想將其應用於具備高附加值的用途。

此次通過對東京大學數年前發現的生物分子3-胺基-4-羥基苯甲酸進行化學加工,合成了名為聚苯并咪唑的超耐熱聚合物,通過用硼基物質對其中一部分進行化學修飾,成功實現了離子化。然後合成實現離子化的聚苯并咪唑(iPBI)和離子液體,得到了膏狀固態電解質。調查發現,其10%減重溫度超過340℃,是一種高耐熱的準固態電解質,而且離子導電達到8.8x10-3Scm-1,作為有機類固態電解質實現了非常高的值。

日本北陸先端科技大成功製作出世界最高水準的有機類準固態電解質

研究概要圖

研究還發現,這種離子傳導大多數都是鋰離子傳導的貢獻。原因應該是,在具備iPBI鏈的特殊電子狀態下,鋰離子沒有蠻力鍵合,所以對裝載的電壓做出了靈敏的反應。此外,還通過線性掃描伏安法確認其具有最大4.5V的電位窗口。

為探索該準固態電解質的有用性,研發小組製作鋰離子二次電池單元,調查了其充放電特性。結果發現,雖然是準固態電解質,但在鋰/電解質/硅單元中,在0.1C的放電率下顯示出約1300mAhg-1的放電容量。因此,有望作為面向未來的新一代汽車所需的高性能二次電池,以及需要高電壓的其他能源器件的基礎技術使用。

相關成果已於1月28日發布在英國皇家化學學會雜誌《材料化學雜誌A》(影響因子9.9)的網路版上。

文 JST客觀日本編輯部

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