2014 Fiscal Year Research-status Report
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25410200
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
清水 章弘 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30584263)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | レドックス・フロー電池 / 二次電池 / 再生可能エネルギー / 酸化還元 / 有機活物質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
太陽光発電・風力発電などの再生可能エネルギーの有効活用を目的とした有機レドックス・フロー電池の開発に向け、キノンを中心とする有機活物質の研究を行った。有機活物質の有機溶媒への溶解度を向上させ、体積あたりの容量を向上させるために、置換基を導入したキノン誘導体を設計・合成した。サイクリックボルタンメトリー測定を行ったところ、一分子あたり二電子の酸化還元挙動を示すことがわかった。正極にキノン溶液、対極に金属リチウムを用いて、充放電試験を様々な電極、有機溶媒、支持電解質を用いて行い、良好なサイクル特性(容量、電流効率、エネルギー効率)を示す組み合わせを見出した。また、電解セルの形状も検討し、高電圧で充放電できるセルを開発した。キノンの濃度、充放電速度を変化させて充放電試験を行い、高出力化への知見を得た。最も高容量の条件では、現在実用化されているバナジウムを用いた水系のレドックス・フロー電池に匹敵する容量を実現した。
電解酸化で発生・蓄積させたハロゲンのカチオンを用いた反応を検討し、DMSOで安定化されたハロゲンカチオンをアルケンと反応させてスルホニウムイオンを発生・蓄積させ、その後処理する塩基を変えることで、α-ハロカルボニル化合物、ハロヒドリン、エポキシドを作り分けられることを見出した。
電解酸化による硫黄カチオンの発生・蓄積についても検討し、硫黄カチオンとカチオン前駆体との反応により、硫黄で安定化された炭素カチオンを低温条件下で発生・蓄積できることを明らかにした。また、そのカチオンを初めてNMRにより観測し、安定性、反応性を実験的に明らかにした。
以上のように、レドックス・フロー電池の有機活物質の開発に加えて、電解酸化で発生・蓄積させたカチオン種を用いた反応の開発に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
レドックス・フロー電池に用いる有機活物質としては、キノンが優れた酸化還元特性、サイクル特性を有することを明らかにし、有機活物質の欠点であった容量の向上についても、置換基の導入で改善させられることを明らかにした。また、充放電に適した電極、溶媒、支持電解質を見出すことができ、充放電セルの開発にも成功した。
電解酸化で発生・蓄積させたカチオン種を用いる反応開発では、ハロゲンカチオンだけでなく、硫黄カチオンを用いた反応開発も行い、電解酸化の利点を活かした反応開発を行うことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
レドックス・フロー電池の開発においては、さらなる高容量化、高出力化を目指し、キノンの置換基の検討、高濃度での充放電測定を行う。また、充放電中の状況を調べるために、UV、IR などの分光学的手法を用い、キノンおよびその還元体の存在割合を実験的に明らかにする。最終的にはフロー電池を作成し、充放電測定を行う。サイクル特性を向上させることができれば、既存のレドックス・フロー電池を上回る性能を実現できると考えている。
電解酸化で発生・蓄積させたカチオン種を用いる反応検討では、硫黄カチオンを中心に検討を行うが、これまでに発生・蓄積できていないカチオン種についても、その発生・蓄積と反応開発に挑戦する。
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