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日本北陆先端科技大学院大学成功制作出世界最高水准的有机类准固态电解质

2019年02月27日 化学材料
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日本北陆先端科学技术大学院大学全球首次利用生物分子,成功制作了具备接近10-2 Scm-1的离子导电性的准固态电解质。

生物衍生材料是以源自植物等生物的可再生有机资源(生物质)为原材料的材料,被认为有助于削减二氧化碳(CO2)排放量和实施废弃物处理,不过目前仅在一次性领域得到采用,而且用途有限。另一方面,考虑到昂贵的价格,设想将其应用于具备高附加值的用途。

此次通过对东京大学数年前发现的生物分子3-氨基-4-羟基苯甲酸进行化学加工,合成了名为聚苯并咪唑的超耐热高分子,通过用硼基物质对其中一部分进行化学修饰,成功实现了离子化。然后合成实现离子化的聚苯并咪唑(iPBI)和离子液体,得到了膏状固体电解质。调查发现,其10%减重温度超过340℃,是一种高耐热的准固态电解质,而且离子导电性达到8.8x10-3Scm-1,作为有机类固体电解质实现了非常高的值。

日本北陆先端科技大成功制作出世界最高水准的有机类准固态电解质

研究概要图

研究还发现,这种离子传导大多数都是锂离子传导的贡献。原因应该是,在具备iPBI链的特殊电子状态下,锂离子没有强力键合,所以对加载的电压做出了灵敏的反应。此外,还通过线性扫描伏安法确认其具有最大4.5V的电位窗口。

为探索该准固态电解质的有用性,研发小组制作锂离子二次电池单元,调查了其充放电特性。结果发现,虽然是准固态电解质,但在锂/电解质/硅单元中,在0.1C的放电率下显示出约1300mAhg-1的放电容量。因此,有望作为面向未来的新一代汽车所需的高性能二次电池,以及需要高电压的其他能源器件的基础技术使用。

相关成果已于1月28日发布在英国皇家化学学会杂志《材料化学杂志A》(影响因子9.9)的网络版上。

文 JST客观日本编辑部

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