Development of high energy density redox flow battery using the same organic compound for both positive and negative electrode active materials

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21H01870
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 堤 宏守 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (90211383)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 片山 祐 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (70819284)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: レドックスフロー電池 / フェロセン誘導体 / 有機電解液

Outline of Annual Research Achievements

電位窓の広い有機電解液を用いたレドックスフロー電池の実現に適した電極活物質として、チオフェンとフェロセンをカルボニル結合を介して結合した化合物の適用可能性について検討を行った。チオフェン環にメチル基を導入したフェロセン誘導体と未導入のフェロセン誘導体の有機電解液中における酸化還元挙動を最初に検討した。その結果、特にチオフェン環の還元時に生成するアニオンラジカルの安定性が、これらの化合物の電気化学的可逆性に大きく関係することが明らかとなり、特にチオフェン環へのメチル基の導入により、副反応が抑制され、電気化学的可逆性が向上することが明らかとなった。
次に、メチル基を導入したチオフェン環を持つフェロセン誘導体を大量に合成し、これを用いたレドックスフロー電池の試験用セルを2種類作製した。1つは、コインセルを用い、このフェロセン誘導体を含む有機電解液をセル中に入れ、電極にカーボンペーパーを用いたセルとした。充放電を行ったところ、フェロセン誘導体に基づく充放電挙動では無く、カーボンペーパーの電気二重層の充放電が観察されたのみであった。そこで、電解液量を増やし、正極と負極の間のセパレータにイオン交換膜を用いたH型セルを構築し、充放電を試みた。この場合、充電にあたるプラトーが観察できたものの、放電プラトーは観察できなかった。その理由としては、セパレーターに用いたイオン交換膜が有機電解液により膨潤し、液絡としての機能を果たさなくなったためと考えられた。今後は、このセパレータ部分の改良を行う。さらに充電反応を正極、負極それぞれ別のセルで行った電解液を電池反応を行うセルへ移送して放電反応を観測する系を構築、検討する予定である。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。