2009 Fiscal Year Annual Research Report

n型レドックスポリマーの創出と有機負極活物質への応用

Research Project

Project/Area Number	21550120
Research Institution	Waseda University
Principal Investigator	小柳津研一 Waseda University, 理工学術院, 准教授 (90277822)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	西出宏之早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90120930)
Keywords	機能性高分子 / 有機電池 / 電極活物質 / 電荷貯蔵 / ポリイミド
Research Abstract	ポリイミドが炭素繊維との複合化によりモノマー単位当りでレドックス活性を発現することを見出し、イミド骨格の電気化学的に可逆な酸化還元を二次電池の負極反応と捉え、酸化還元電位の異なる2種ポリマーを正・負極とした有機電池のプロトタイプを試作し、動作を実証している。有機レドックス席の電子移動過程の確立を基盤として、LUMOレベルと化学安定度をバランスさせる設計により、高密度かつ安定なレドックス席を有するポリマーを合成した。また、物質移動の解明と制御に基づく膜抵抗の低減により、ポリマー内での迅速かつ大容量の電子移動過程を達成した。さらに、イオン輸送性を高めた新しい活物質の設計により、電解質および電解液の削減を可能にするための手掛かりを得た。本年度の成果を以下に列記する。 (1)イミドおよびキノン含有ポリマーの有機電気化学の確立:イミド類は-電子還元されたアニオンラジカルの後続反応抑制に効く非プロトン性条件下において、可逆性高いレドックス応答が観測された。キノンの二電子移動は、同条件下で段階的に生起しジアニオンを与えた。これらの有機電極反応を可逆性高く生起させるには、キノン酸素との水素結合形成が有効であることを実証した。電荷貯蔵材料として長期使用に耐えうる化学安定性を具えた骨格として、イミド骨格に加えキノン類の中で突出した化学安定度を示すアントラキノン骨格に着目し、水素結合を安定度高く形成させるため、酸素原子の隣接位にアシルアミノ基などのプロトンドナー性置換基を導入したモデル化合物を合成し、分子内での水素結合を明らかにした。電極反応速度を幅広く実測し、溶媒因子との相関を明確にした。 (2)LUMOレベル制御による負極活物質の設計:イミドおよびアントラキノンのLUMOレベルと軌道係数分布に着目し、電極反応の速度定数、酸化還元電位およびレドックス容量との相間解明に着手している。