2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of High-density Redox Fluid for Charge Storage
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18K19120
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
小柳津 研一 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90277822)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | 有機電極活物質 / ナノ粒子 / 電荷貯蔵 / 電子授受 / レドックスフロー電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
有機レドックス活性高分子における電子交換に基づく電荷伝播現象を解析手段として，「レドックス活性なコロイド流体に蓄電容量密度の限界は存在するか」といった基本的な問いへの挑戦を通して，高密度レドックス流体を与えるナノ構造体を創出し，レドックス凝縮相を形成する流体の設計概念を探るとともに，ナノ粒子間の交換反応に基づく電荷輸送・貯蔵機構の解明を経て，高速・大容量フロー蓄電の基礎原理を明確にすることを目的として，研究展開した。
具体的には，TEMPOなどに代表される有機安定ラジカル種の可逆で速い一電子授受に着目し，ラジカルを電荷交換席として繰返し単位あたり高密度に置換した多様な非晶質ポリマーによる高速電荷輸送の実現を図るとともに，このポリマーを電極活物質とした有機ラジカル電池の実証を起点として，ポリマーが水系電解質に安定性高く分散したナノ粒子の形態で高密度蓄電を担う斬新な有機フロー活物質を創製することを目指した。
このような研究目的を最終年度に達成し，その意義と将来性を明確にするため，前年度までの展開を受けて，最終年度である本年度は次のように研究を推進し，具体的成果を集積するとともに，論文や学会発表などの形で対外的に成果を公表した。
本研究が意図した実デバイスによる多様な蓄電形態の実証に向け，ナノ粒子当たりの定量的な電荷貯蔵に基づく様々な蓄電形態を，前年度までに得られたカソライトおよびアノライトとして働く有機レドックス活性高分子ナノ粒子の電解質分散液と単純な多孔質セパレータを組み合わせた実デバイスを試作して充放電のサイクル特性を明らかにした。これらを有機フロー活物質からなるレドックスフロー電池の具体例として示し，優れた充放電サイクル特性 (耐久性) に加え，高い出力密度およびエネルギー密度を併せ持つ，次世代型大容量電源として極めて有用であることを示した。
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