2017 Fiscal Year Annual Research Report
Molecular-Technology based thermocell
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17H03046
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
山田 鉄兵 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10404071)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 熱化学電池 / 熱電変換 / 超分子化学 / シクロデキストリン / 固体イオン伝導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成２９年度は、超分子熱化学電池および固体イオン伝導体を用いた熱化学電池の構築を目指した。
【１，超分子熱化学電池】これまでのヨウ素－シクロデキストリン系に加え、フェロセン－β-シクロデキストリン系およびヨウ素－デンプン・ＰＶＰ系について、引き続き研究を行った。フェロセン－β-シクロデキストリン系では、フェロセンが疎水的、フェロセニウムが親水的なため、β-シクロデキストリンが選択的にフェロセンを取り込む。しかし、低温側で還元体のフェロセンを取り込み、高温側で放出すると、ヨウ素の際とは逆にゼーベック係数が減少してしまうことがわかった。そこで、フェロセンにカルボキシ基を導入し、アニオンにすることで、負のゼーベック係数をもつフェロセン系酸化還元対を生成した。このフェルセンカルボン酸にβ-シクロデキストリンを導入することで、負の方向にゼーベック係数が増大することを明らかにした。この結果は、ホスト-ゲスト相互作用を利用した熱化学電池の性能向上の戦略が、ヨウ素系以外にも適用できることや、負のゼーベック係数を有する化合物についても適用できることを明らかにした点に意義がある。本研究はPolymer Journalに投稿され、受理された。
【２、固体イオン伝導体を用いた熱化学電池】電解質を固体化するため、固体イオン伝導体を用いた熱化学電池を構築した。固体イオン伝導体としてはヨウ化コリンおよびその誘導体を用いた。ヨウ化コリンにヨウ素をドープすることで、系中で三ヨウ化物イオンを生成した。この固体の両端に電極を取り付け、温度差と電位を測定したところ、-0.87 mV/Kのゼーベック係数が得られた。特筆すべき点として、水溶液中のゼーベック係数と逆転していることがわかった。この結果は、固体中のイオン伝導度の差により生じているものと推察された。本研究はChem. Lett. 誌に投稿され、公開されている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
超分子熱化学電池および固体イオン伝導体を用いた熱化学電池の２つの熱化学電池の構築に成功した。それぞれが全く新しい概念であり、様々な分子科学的手法が熱化学電池の性能向上に有用であることを実証している点で意義が大きいと考える。
超分子熱化学電池では、多様なホスト化合物および酸化還元対が適用可能であることを見出した点に大きな意義がある。またゼーベック係数やその符号を、酸化還元対の側鎖の電荷でも制御出来る点を明らかにした点にも意義がある。ただし、この点については平成２９年度に別のグループが先に報告している。
固体イオン伝導体を用いた系では、イオン伝導度の差が熱電変換素子として利用できる点を見出したことに大きな意義がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も引き続き、様々な分子科学的手法を熱化学電池に導入することで、熱化学電池の性能向上を目指す。
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