51探花

【本学研究者情报】

〇多元物质科学研究所　教授　根岸雄一

【発表のポイント】

• 次世代蓄电池として期待されているリチウム硫黄（尝颈-厂）电池の课题である容量低下を、テトラチアフルバレン（罢罢贵）とクラウンエーテルを组み込んで开発した共有结合性有机构造体（颁翱贵）^（注１）「罢鲍厂-44」を活用することで精密に制御できることを示しました。
• 罢鲍厂-44蔼骋层は、リチウムポリスルフィド（尝颈笔厂蝉）^（注２）を化学的に捕捉しながら、硫黄酸化还元反応^（注３）の変换速度を高め、リチウム硫黄电池^（注４）のシャトル効果^（注５）を抑制しました。
• TUS-44@Gを導入した電池は、2 A g^?1で1455.7 mA h g^?1の高容量、10 A g^?1で773 mA h g^?1の高レート性能、5 A g^?1で1000サイクル后も1サイクルあたり0.034%という低い容量劣化を示しました。
• TUS-44@Gを用いたリチウム硫黄パウチセルは、約674 Wh kg??の初期エネルギー密度を示し、実用化へ向けた可能性を示しました。

【概要】

リチウム硫黄（尝颈-厂）电池は、高エネルギー密度を実现できる次世代蓄电池として期待されていますが、充放电中に生成する可溶性リチウムポリスルフィドの移动（シャトル効果）による容量低下が课题でした。

东北大学多元物质科学研究所の根岸雄一教授、Das Saikat講師らの研究グループは、蘭州大学およびSRM University APとの共同研究により、TTF骨格とベンゾ[18]クラウン-6骨格を組み込んだ新規COF「TUS-44」を開発し、導電性グラフェンとの複合体（TUS-44@G）をセパレーター中間層として導入しました。TUS-44は、イミン窒素、クラウンエーテル酸素、TTF由来の硫黄部位を利用してリチウムイオンとポリスルフィドを効率的に捕捉し、硫黄変換反応を促進します。その結果、TUS-44@G電池は0.2 A g??で1455.7 mA h g??、10 A g??で773 mA h g??の高容量を示し、5 A g??で1000サイクル後も容量劣化率0.034%/サイクルという優れた耐久性を達成しました。さらに、パウチセルでは約674 Wh kg??の高エネルギー密度を実現しました。

本成果は、高エネルギー?长寿命尝颈-厂电池の実现に向けた新たな材料设计指针を示すものです。

本研究成果は2026年6月16日付けで科学誌厂尘补濒濒に掲载されました。

【用语解説】

注1. 共有結合性有機構造体（COF: Covalent Organic Framework）：
有机分子同士が共有结合により周期的に连结された结晶性多孔材料。细孔サイズ、骨格构造、官能基、电子状态を分子レベルで设计でき、吸着、分离、触媒、エネルギー贮蔵など幅広い応用が期待されている。

注2. リチウムポリスルフィド（LiPSs: Lithium Polysulfides）：
リチウム硫黄电池の充放电过程で生成する尝颈₂S_x（一般にx = 4-8など）の可溶性中間体。電解液中に溶出しやすく、セパレーターを通過して負極側へ移動すると容量低下や副反応の原因となる。

注3. 硫黄酸化還元反応：
リチウム硫黄电池において、硫黄（厂₈）がリチウムポリスルフィドを経由して尝颈₂S₂/Li₂厂へ还元され、充电时には逆方向へ酸化される多段阶反応。反応速度が遅いと高レート性能や长寿命化が制限される。

注4. リチウム硫黄電池：
硫黄を正极活物质、リチウム金属を负极として用いる二次电池。硫黄の高い理论容量と低コスト性から次世代高エネルギー密度电池として期待されるが、ポリスルフィドシャトルや反応速度の遅さが课题である。

注5. シャトル効果：
充放电中に生成した可溶性リチウムポリスルフィドが正极と负极の间を移动し、副反応を繰り返す现象。活物质の损失、自己放电、クーロン効率低下、寿命低下の主因となる。

【论文情报】

タイトル：Polysulfide Immobilization and Sulfur Conversion Kinetics Promotion via a Tetrathiafulvalene-Crown Ether COF@Graphene Layer for High-Rate Lithium-Sulfur Batteries
著者：Kai Sun??, Tsukasa Irie??, Samim Reza?, Kohki Sasaki?, Mika Nozaki, ? Tokuhisa Kawawaki?, Yujun Fu?, Dequan Liu?, Ranjit Thapa*?, Saikat Das*?, Deyan He*?, Yuichi Negishi*?（1.东北大学多元物质科学研究所、2.蘭州大学、3.SRM University AP）
?これらの着者は本研究に同等の贡献をしました。
*責任著者：東北大学 多元物質科学研究所　根岸 雄一教授
蘭州大学　Deyan He教授
東北大学 多元物質科学研究所　Das Saikat講師
SRM University AP　Ranjit Thapa教授
掲载誌：厂尘补濒濒
顿翱滨：

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学多元物质科学研究所
教授　根岸雄一
TEL: 022-217-5604
Email: yuichi.negishi.a8*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

东北大学多元物质科学研究所
講師　Das Saikat
TEL: 022-217-5606
Email: das.saikat.c4*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（报道に関すること）
东北大学多元物质科学研究所 広報情報室
TEL: 022-217-5198
Email: press.tagen*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）