イオン伝導性高分子の設計、特性評価と応用

第1部 イオン伝導性高分子の輸送現象メカニズムと材料開発、評価技術

(2022年2月8日 10:30〜12:00)

これまでの電解質材料は、有機溶媒や無機系固体が主流である。固体高分子電解質 (SPE) は、液体などの漏洩が無く、かつ高分子特有の柔軟性を活かすことができ、デバイスの軽量化や薄膜化につながるため、次世代イオニクス材料として近年注目されている。本講演では、SPEの基礎 (高分子の構造、塩溶解メカニズム、イオン輸送現象、高次構造の影響など) を解説し、材料開発の研究動向や最新の研究についても紹介する。

1. 基礎編
   1. 電解質材料とは
   2. 電解質材料の分類 (液体電解質と固体電解質)
   3. 固体高分子電解質の特徴、歴史
   4. 固体高分子中の塩解離、イオン生成、イオン移動メカニズム
   5. 固体高分子電解質の物性
2. 材料編
   1. 固体高分子電解質の基本構造
   2. 固体高分子電解質の種類
      • バイイオン型
      • シングルイオン型
   3. 固体高分子電解質の基本物性
   4. 固体高分子電解質の相図
   5. 錯体結晶化と高次構造の形成
   6. 高分子の開発動向
      • ポリエーテル型
      • ブレンド型
      • コンポジット型など
3. 測定・評価編
   1. イオン伝導度の測定
   2. イオン輸率の測定
   3. その他の測定・評価
4. 最新研究編
   1. 現状のまとめと課題
   2. 富永研究室の独自研究の紹介
   3. 国内外の研究動向
• 質疑応答

第2部 配位高分子・MOFのイオン伝導性と固体電解質への応用

(2022年2月8日 13:00〜14:30)

　配位高分子や金属ー有機構造体:MOFはもともと多孔性材料として注目されてきたが、近年、電子・イオン伝導性を示す構造が数多く報告されている。また結晶ーガラスや結晶ー液体などの相転移を示すものも見つかっており、それら特性を利用した、エレクトロデバイスへの応用も検討がなされている。 　本講座では最近の進捗を代表的な例とともに紹介、説明し、材料としての独自性や可能性をシェアすることを目的とする。

1. 配位高分子/金属ー有機構造体 (MOF) とは何か
   1. 背景
   2. 代表的な物質
   3. 合成法
   4. 解析法
      • 構造
      • 安定性
      • 機能
2. 伝導性を示す配位高分子/MOF
   1. プロトン伝導性
   2. リチウムイオン伝導性
   3. 電子伝導性
3. 材料としての活用に向けて
   1. 結晶のガラス化・液体化の利用
   2. コンポジット化
   3. 膜やファイバー化など、形状制御
   4. 界面構造
   5. イオニクスデバイスへの実装
      • 電池
      • センサー
• 質疑応答

第3部 アニオン伝導高分子の設計開発とアルカリ燃料電池・アルカリ水電解への展開

(2022年2月8日 14:45〜16:15)

　水素エネルギー社会の実現に向け、近年、アニオン伝導膜を用いた安価なアルカリ燃料電池・水電解に対する社会的な注目が集まっている。 　本講座では、アニオン伝導膜の物性や分子設計に関する基本的な考え方を歴史を踏まえながら紹介し、近年の開発動向について概説する。

1. アニオン伝導高分子を用いたアルカリ燃料電池・アルカリ水電解
   1. 水素エネルギー社会における燃料電池・水電解の役割
   2. 燃料電池・水電解の仕組み
   3. 固体高分子膜を利用した燃料電池・水電解デバイスのタイプとそれぞれの特徴
2. アニオン伝導高分子の基礎物性、化学耐久性
   1. アニオン伝導高分子の分子構造
   2. アニオン伝導高分子のイオン伝導特性
   3. アニオン伝導高分子の化学耐久性
   4. アニオン伝導膜とプロトン伝導膜の比較・違い
3. アニオン伝導膜の開発の歴史
   1. これまでどのようなアニオン伝導高分子が開発されてきたか
   2. アニオン伝導膜の化学劣化に関する従来の考え方
   3. アニオン伝導膜の化学劣化に関する現在の考え方
   4. 現在開発が進んでいるアニオン伝導高分子の特長
4. アニオン伝導高分子を用いた燃料電池・水電解デバイスの近年の開発動向
   1. 水素/酸素アルカリ燃料電池の開発
   2. ギ酸アルカリ燃料電池の開発
   3. アルカリ溶液を用いた水電解の開発
   4. 純水を用いた水電解の開発
• 質疑応答