堤　宏守研究室（バイオ機能高分子）

ポリマー電解質

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■ここでは，ポリマー電解質について解説します。

■ポリマー電解質が必要とされる背景 　現在の私たちの生活に欠かすことのできない各種の携帯電子機器（携帯電話やノート型コンピュータなど）のエネルギー源は，充放電可能な電池（二次電池）であり，この電池に，どのくらいのエネルギーを詰め込むことができるか，が大きな研究テーマになっています。また，電池そのものの大きさをなるべく小さくしたい，形状を自由にしたい，などの要求も強くなってきています。 　この電池の軽量化や薄型化，形状の自由化には，電池を構成している材料のうち，電解質を固体化する必要があります。通常の電池では，電解質は，液体（携帯電話などでも，有機溶媒を用いた液体電解質）を用いています。液体電解質を用いる場合には，電池から漏れ出したりしないように，電池の容器をしっかりしたものにする必要があり，電池重量の増加を招いてしまいます。 　また，有機電解液は可燃性であるので，電池の過熱時に発火する危険性もあり，電池の大型化（電気自動車や太陽電池などの自然エネルギーによる発電した電気の貯蔵用）の大きな妨げとなっています。 ■そこで，電解質をポリマー化（フィルム化）することで，上で述べたような問題点を解決しようとする研究を行っています。

■では，ポリマー電解質は，どのようにして機能しているのでしょうか。 →電解質って，なに？ ■ポリマー電解質が機能するためには，次の２つのことが揃っていないと機能しません。 （１）ポリマーの中に加えた塩（無機塩）が，イオンに解離すること （２）（１）で生成したイオンが，ポリマー中を移動できること ■（１）は，無機塩を解離できるだけの親和性を持つポリマーが必要であり，具体的には，イオンと擬似的な溶媒和が可能な極性基（エーテル結合，ニトリル基，カルボキシル基など）をポリマーが有している必要があります。（左下図は，擬似的に溶媒和したポリエチレンオキシド鎖とイオンの模式図　赤：酸素原子，黒：炭素原子，水色：水素原子，紫：イオン） ■（２）を可能にするためには，室温付近で，ポリマー鎖が，ある程度運動できることがひつようとなります。ガラス転移点の低いポリマーが，これを可能にすると考えられています。（右下図は，ポリマー鎖の運動によりイオンが運ばれる様子の模式図　図をクリックすると拡大されます。）