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2016 Fiscal Year Research-status Report

全有機レドックス・フロー電池の開発

Research Project

Project/Area Number 16K14057
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

清水 章弘  京都大学, 工学研究科, 助教 (30584263)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2018-03-31
Keywordsレドックス・フロー電池 / 二次電池 / 再生可能エネルギー / 酸化還元 / 有機活性物 / 電解酸化
Outline of Annual Research Achievements

太陽光発電・風力発電などの再生可能エネルギーの有効活用を目的とした有機レドックス・フロー電池の開発に向け、正極用および負極用の有機活物質の研究を行った。有機活物質の基礎骨格になりうる様々な有機化合物の酸化還元特性をサイクリックボルタンメトリー測定で調べた。有機活物質の有機電解液への溶解度を向上させ、体積あたりの容量を向上させるために、室温で液体の有機活物質を用いることを着想し、有機化合物に置換基を導入することにより室温で液体の有機活物質を合成した。正極活物質として開発したキノン誘導体は、一分子あたり二電子の酸化還元挙動を示した。レドックス・フロー電池用の充放電セルも開発し、正極にキノン溶液、負極に金属リチウムを用いたレドックス・フロー電池は、現在実用化されているバナジウムを用いた水系のレドックス・フロー電池を上回る容量を示した。さらなる高容量化のために、溶媒を用いないレドックス・フロー電池の開発に取り組み、室温で液体のキノン誘導体と支持電解質を混合させた正極液を用いて充放電試験を行ったところ、有機活物質を用いるレドックス・フロー電池として世界最高のエネルギー密度を達成した。この研究により、溶媒を用いないレドックス・フロー電池という新しいコンセプトを実証することもできた。負極材料の有機活物質についても可逆な酸化還元が可能な候補化合物をいくつか見出し、置換基を導入した誘導体の合成に成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

正極活物質として室温で液体のキノン誘導体を開発し、一つの目標としていた世界最高のエネルギー密度を実現することができた。充放電セルも開発でき、活物質の濃度や充放電速度の影響を詳細に明らかにすることができた。負極活物質についても候補化合物をいくつか見出すことができた。

Strategy for Future Research Activity

フロー用の充放電セルを開発し、今回開発した溶媒を用いない正極液を用いてフローの条件検討を行う。溶媒を用いない負極液を開発し、今回開発した正極液と組み合わせることにより、溶媒を全く用いないレドックス・フロー電池の開発を目指す。

  • Research Products

    (11 results)

All 2017 2016 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Metal-Free Benzylic C-H Amination via Electrochemically Generated Benzylaminosulfonium Ions2017

    • Author(s)
      Ryutaro Hayashi, Akihiro Shimizu, Yetao Song, Yosuke Ashikari, Toshiki Nokami, Jun-ichi Yoshida
    • Journal Title

      Chem. Eur. J.

      Volume: 23 Pages: 61-64

    • DOI

      10.1002/chem.201604484

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] The Stabilized Cation Pool Method: Metal- and Oxidant-Free Benzylic C-H/Aromatic C-H Cross-Coupling2016

    • Author(s)
      Ryutaro Hayashi, Akihiro Shimizu, Jun-ichi Yoshida
    • Journal Title

      J. Am. Chem. Soc.

      Volume: 138 Pages: 8400-8403

    • DOI

      10.1021/jacs.6b05273

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 有機レドックス化学に基づくC-H 結合の官能基化2017

    • Author(s)
      清水章弘
    • Organizer
      日本化学会 第97春季年会 (2017)
    • Place of Presentation
      神奈川、慶応義塾大学
    • Year and Date
      2017-03-16 – 2017-03-19
  • [Presentation] Development of Functional Materials and Reactions Based on Open-Shell π-Conjugated Species2017

    • Author(s)
      Akihiro Shimizu
    • Organizer
      日本化学会 第97春季年会 (2017)
    • Place of Presentation
      神奈川、慶応義塾大学
    • Year and Date
      2017-03-16 – 2017-03-19
    • Invited
  • [Presentation] 電子ドナーと電子アクセプターからなるπ共役双性イオンの設計と合成と物性2017

    • Author(s)
      清水章弘・堀内俊・石﨑優・吉田潤一
    • Organizer
      日本化学会 第97春季年会 (2017)
    • Place of Presentation
      神奈川、慶応義塾大学
    • Year and Date
      2017-03-16 – 2017-03-19
  • [Presentation] カチオン種を発生・蓄積する 有機電解反応の開発2016

    • Author(s)
      清水章弘
    • Organizer
      第5回化学フロンティア研究会
    • Place of Presentation
      高知、高知工科大学
    • Year and Date
      2016-07-30 – 2016-07-31
  • [Presentation] キノンを基盤とする有機正極活物質の設計・合成と酸化還元特性2016

    • Author(s)
      清水章弘・谷澤秀弥・矢三勇介・稲富友・北條伸彦・鈴木拡哲・吉田潤一
    • Organizer
      第40回有機電子移動化学討論会
    • Place of Presentation
      新潟、新潟大学
    • Year and Date
      2016-06-23 – 2016-06-24
  • [Presentation] 活性種の電子状態の制御に基づく電子移動反応と有機電池材料の開発2016

    • Author(s)
      清水章弘
    • Organizer
      第40回有機電子移動化学討論会
    • Place of Presentation
      新潟、新潟大学
    • Year and Date
      2016-06-23 – 2016-06-24
    • Invited
  • [Presentation] Electrochemical Intramolecular C-H Amination of Aromatic Compounds2016

    • Author(s)
      Akihiro Shimizu, Tatsuya Morofuji, Jun-ichi Yoshida
    • Organizer
      229th ECS Meeting
    • Place of Presentation
      アメリカ、サンディエゴ
    • Year and Date
      2016-05-29 – 2016-06-02
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 日本化学会 新領域研究グループ サステイナブル・機能レドックス化学

    • URL

      http://redox.chemistry.or.jp/

  • [Remarks] 京都大学大学院工学研究科 合成・生物化学専攻 吉田研究室

    • URL

      http://www.sbchem.kyoto-u.ac.jp/yoshida-lab/

URL: 

Published: 2018-01-16  

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