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2020 Fiscal Year Annual Research Report

三次電池のための高分子の設計

Research Project

Project/Area Number 20J21687
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

岩泉 滉樹  筑波大学, 理工情報生命学術院, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2023-03-31
Keywords三次電池 / エナジーハーベスト / 共役高分子 / 量子科学計算 / 酸化還元電位の温度係数
Outline of Annual Research Achievements

「三次電池」の熱効率は、両極の酸化還元電位の温度係数αの差に支配されている。そのため、社会実装にはαの絶対値の大きな材料(巨大|α|材料)の創出が不可欠である。本研究の目的は、αの絶対値の大きな高分子(巨大|α|高分子)を創出することである。しかしながら、物質系が広い高分子において巨大|α|高分子を見出すには、効率的なスクリーニング法を確立する必要がある。
今年度の研究では、巨大|α|高分子の効率的なスクリーニング法の探索をおこなった。はじめに、単純な主査骨格を持つ4種類の高分子における酸化還元電位の温度係数αの測定をおこなった。αの値は、PTAAで0.02mV/Kと小さく、P3HTでは1.08mV/Kと大きな値をとることが分かった。
次に、モノマーに単純化して量子化学計算を行い得られた物理量とαの相関を調べた。ここで熱力学より、αは酸化還元前後のエントロピー差を素電荷で除したものに等しい。先ず初年度の研究計画時にαの支配要因の候補としていた振動エントロピー差では、αの大小関係を説明できないことが分かった。他方、各原子のMulliken電荷の変化量の大きさから評価した゛活性な原子゛の数とαの間に強い相関を確認した。この相関は゛活性な原子゛と極性を持った溶媒との相互作用によって溶媒系のエントロピーが変化するためと解釈した。今後は、この相関を用いてαの絶対値の大きな材料(巨大|α|材料)候補物質の選定をおこなっていく。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

今年度の研究では、巨大|α|高分子の効率的なスクリーニング法の探索をおこなった。各原子のMulliken電荷の変化量の大きさから評価した゛活性な原子゛の数とαの間に強い相関を確認した。本研究により量子科学計算でαの予測が可能であるためその意義は大きいと考えられる。

Strategy for Future Research Activity

我々の初年度の研究から実測したαと量子化学計算ソフトで評価したモノマー中で酸化還元前後の電荷変化が大きな原子である゛活性な原子゛の数の間に相関があることが明らかになった。そのため次年度は様々な高分子に対して、この゛活性な原子゛の数の評価を行い、巨大|α|を示す候補高分子のスクリーニングを行う。

  • Research Products

    (2 results)

All 2021

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (1 results)

  • [Journal Article] Origin of the material dependence of temperature coefficient of redox potential in conjugated polymers2021

    • Author(s)
      Iwaizumi Hiroki、Inoue Dai、Yasuda Takeshi、Moritomo Yutaka
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 14 Pages: 037001~037001

    • DOI

      10.35848/1882-0786/abe19f

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 高分子の酸化還元ポテンシャルの温度係数の起源2021

    • Author(s)
      岩泉 滉樹、井上 大、安田 剛、守友 浩
    • Organizer
      応用物理学会初春季学術講演会

URL: 

Published: 2021-12-27  

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