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π共役レドックス融合型エネルギー貯蔵マテリアルの創出

公募研究

研究領域融合マテリアル:分子制御による材料創成と機能開拓
研究課題/領域番号 25107733
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関早稲田大学

研究代表者

小柳津 研一  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90277822)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2014年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2013年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワード電荷輸送 / 分子ラッピング / 凝縮レドックス系 / 複合電極 / 有機活物質 / π共役固体 / レドックス伝導 / エネルギー貯蔵
研究実績の概要

(1) 律速過程と充放電性能の相関解明:複合電極における電荷の移動抵抗への寄与が推測される素過程として、ポリマー内の自己電子交換、ポリマー/π共役界面での交差電子交換、π共役固体ネットワークの電子移動、π共役固体集電体間の電子移動に分類し、各過程の寄与について電極組成・構造を変えたπ共役/凝縮レドックス融合物質の電気化学応答をもとに解明した。π共役固体の組成を調整した電極の電荷移動抵抗と固体/ポリマー間の接触面積の相関、膜厚の異なる電極における電荷移動抵抗を明らかにした。材質の異なる集電体上に形成された複合電極における電荷移動抵抗の支配因子を明確にした。電荷移動抵抗が充放電特性と直接相関をもつことを実証し、充放電特性向上に向けた活物質の設計指針の一つを導出した。
(2) 律速段階における電荷移動の効率向上と高密度エネルギー貯蔵物質としての実証:π共役/凝縮レドックス融合物質に電荷補償系を共存させ、電荷保持力を確かめた。予備知見として明らかにしている高密度レドックスポリマー単独による可逆的エネルギー貯蔵能を、π共役系との分子レベルでの融合により向上させ、従来性能を超えた有機電池を実現した。具体的には、定電流下での平衡電位を参照電極基準で測定し、ポリマーに蓄積される電荷密度を求めた。また、減衰挙動から電荷保持力を含めた速度パラメータを見積もり、電荷貯蔵効率を把握した。電解質中での平衡膨潤度、対イオンや溶媒の物質移動量と速度を実測し、対イオン種や溶媒因子との相関を明確にすることにより、レドックス凝縮系としての特性を解明した。レドックス席の速い外圏的電子移動が、膨潤ゲル中でも大きな速度定数を与えることを実証し、高速電荷輸送可能な機能性界面を分子レベルで創出した。
以上を総合し、π共役/凝縮レドックス融合物質を斬新なエネルギー貯蔵材料の一つとして確立した。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2015 2014 2013

すべて 雑誌論文 (14件) (うち査読あり 14件、 謝辞記載あり 7件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Efficient charge transport of a radical polyether/SWCNT composite electrode for an organic radical battery with high charge-storage density2015

    • 著者名/発表者名
      T. Sukegawa, K. Sato, K. Oyaizu, H. Nishide
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 5 号: 20 ページ: 15448-15452

    • DOI

      10.1039/c4ra15949g

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Anionic polymerization of 4-methacryloyloxy-TEMPO using an MMA-capped initiator2014

    • 著者名/発表者名
      T. Sukegawa, H. Omata, I. Masuko, K. Oyaizu, H. Nishide
    • 雑誌名

      ACS Macro. Lett.

      巻: 3 号: 3 ページ: 240-243

    • DOI

      10.1021/mz400644y

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Redox-active hydroxy-TEMPO radical immobilized in Nafion layer for aqueous electrolyte-based and dye-sensitized solar cell2014

    • 著者名/発表者名
      R. Kato, F. Kato, K. Oyaizu, H. Nishide
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 43 号: 4 ページ: 480-482

    • DOI

      10.1246/cl.131120

    • NAID

      130004868074

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] TEMPO/viologen electrochemical heterojunction for diffusion controlled redox mediation: A highly rectifying bilayer-sandwiched device based on cross reaction at interface between dissimilar redox polymers2014

    • 著者名/発表者名
      H. Tokue, K. Oyaizu, T. Sukegawa, H. Nishide
    • 雑誌名

      ACS Appl. Mater. Interfaces

      巻: 6 号: 6 ページ: 4043-4049

    • DOI

      10.1021/am405527y

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Ionic Liquid-inspired Redox Shuttles: Properties of a Ferrocenylimidazolium Salt as an Efficient Mediator for Dye-sensitized Solar Cells2014

    • 著者名/発表者名
      K. Oyaizu H. Ikeda, N. Hayo, F. Kato, H. Nishide
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 43 号: 7 ページ: 1134-1136

    • DOI

      10.1246/cl.140276

    • NAID

      130004868268

    • ISSN
      0366-7022, 1348-0715
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Expanding the dimensionality of polymers populated with organic robust radicals toward flow cell application: Synthesis of TEMPO-crowded bottlebrush polymers using anionic polymerization and ROMP2014

    • 著者名/発表者名
      T. Sukegawa, I. Masuko, K. Oyaizu, H. Nishide
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 47 号: 24 ページ: 8611-8617

    • DOI

      10.1021/ma501632t

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Facile charge transport and storage by a TEMPO-populated redox mediating polymer integrated with polyaniline as electrical conducting path2014

    • 著者名/発表者名
      K. Oyaizu, H. Tatsuhira, H. Nishide
    • 雑誌名

      Polym. J.

      巻: 47 号: 2 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1038/pj.2014.124

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Self-doping Inspired Zwitterionic Pendant Design of Radical Polymers toward a Rocking-chair-type Organic Cathode-active Material2013

    • 著者名/発表者名
      I. -S. Chae, M. Koyano, K. Oyaizu, H. Nishide
    • 雑誌名

      J. Mater. Chem. A

      巻: 1 号: 4 ページ: 1326-1333

    • DOI

      10.1039/c2ta00785a

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Polyviologen Hydrogel with High-rate Capability for Anodes toward an Aqueous Electrolyte-type and Organic-based Rechargeable Device2013

    • 著者名/発表者名
      N. Sano, W. Tomita, S. Hara, C. -H. Min, J. -S. Lee, K. Oyaizu, H. Nishide
    • 雑誌名

      ACS Appl. Mater. Interfaces

      巻: 5 号: 4 ページ: 1355-1361

    • DOI

      10.1021/am302647w

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Robust and Efficient Charge Storage by Uniform Grafting of TEMPO Radical Polymer around Multi-walled Carbon Nanotubes2013

    • 著者名/発表者名
      W. Choi, S. Endo, K. Oyaizu, H. Nishide, K. E. Geckeler
    • 雑誌名

      J. Mater. Chem. A

      巻: 1 号: 9 ページ: 2999-3003

    • DOI

      10.1039/c3ta01588b

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis of Pendant Nitronyl Nitroxide Radical-containing Poly(norbornene)s as Ambipolar Electrode-active Materials2013

    • 著者名/発表者名
      T. Sukegawa, A. Kai, K. Oyaizu, H. Nishide
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 46 号: 4 ページ: 1361-1367

    • DOI

      10.1021/ma302278h

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Redox Equilibrium of a Zwitterionic Radical Polymer in a Non-aqueous Electrolyte for Novel Li+ Host Material in a Li-ion Battery2013

    • 著者名/発表者名
      I. S. Chae, M. Koyano, T. Sukegawa, K. Oyaizu, H. Nishide
    • 雑誌名

      J. Mater. Chem. A

      巻: 1 号: 34 ページ: 9608-9611

    • DOI

      10.1039/c3ta12076g

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enhanced Bimolecular Exchange Reaction through Programmed Coordination of a Five-coordinate Oxovanadium Complex for Efficient Redox Mediation in Dye-sensitized Solar Cells2013

    • 著者名/発表者名
      K. Oyaizu, N. Hayo, Y. Sasada, F. Kato, H. Nishide
    • 雑誌名

      Dalton Trans.

      巻: 42 号: 45 ページ: 16090-16095

    • DOI

      10.1039/c3dt51698a

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 空気電池: 有機負極を目指したポリマー膜の設計2013

    • 著者名/発表者名
      小柳津研一, 西出宏之
    • 雑誌名

      膜

      巻: 38 ページ: 131-136

    • NAID

      10031177818

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ラジカルメディエータを用いた有機太陽電池2013

    • 著者名/発表者名
      小柳津研一
    • 学会等名
      光機能材料研究会第43回講演会
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 創電・エネルギー貯蔵分野における高分子未来材料2013

    • 著者名/発表者名
      小柳津研一
    • 学会等名
      第58回高分子夏季大学
    • 発表場所
      広島
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 有機ラジカル型色素増感太陽電池-電荷輸送の基礎と応用2013

    • 著者名/発表者名
      小柳津研一
    • 学会等名
      光化学協会370-01光化学応用講座
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ラジカルイオン電池の最新動向2013

    • 著者名/発表者名
      小柳津研一, 西出宏之
    • 学会等名
      高分子学会第22回ポリマー材料フォーラム
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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