高密度エネルギー貯蔵を可能とする有機負極ポリマーの創出

• 研究課題/領域番号: 25288056
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 高分子化学
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 小柳津 研一 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90277822)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円); 2015年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2014年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2013年度: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円)
• キーワード: 有機負極 / 電子交換 / 電荷貯蔵 / 交差反応 / 整流素子 / キノン / 電荷補償イオン / 充放電

研究成果の概要

キノン類の可逆的かつ速い電子授受に着目し、高密度アントラキノン置換ポリマーによるn型電荷輸送の実現とこれを有機負極とする有機空気二次電池の実証を起点として、電子交換反応に立脚した導電・蓄電現象に関わる基礎化学を確立した。具体的には、有機負極として働くポリマーの拡充を ①斬新なn型レドックス席の創出と電荷輸送・貯蔵過程における ②電子・イオン輸送の解明により計り、③ヘテロ接合界面での交差反応に基く整流性の発現を、ロッキングチェア型電荷補償やp・nバイポーラ性を持たせた ④多様な電荷貯蔵形態の実証を経て ⑤超高密度蓄電物質の創出へと繋げる道筋で、エネルギー変換に関連した有機物性化学を開拓した。

研究成果

• [雑誌論文] Kinetic Control of Electron Transfer at Doped Zinc Oxide/Redox-active Molecule Interface for Photocurrent Rectification (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Suzuka, S, Hara, T. Sekiguchi, K. Oyaizu, H. Nishide
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 44 号: 1 ページ: 41-43
  • DOI: 10.1246/cl.140872
  • NAID: 130004699196
  • ISSN: 0366-7022, 1348-0715
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Efficient charge transport of a radical polyether/SWCNT composite electrode for an organic radical battery with high charge-storage density (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sukegawa, K. Sato, K. Oyaizu, H. Nishide
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 5 号: 20 ページ: 15448-15452
  • DOI: 10.1039/c4ra15949g
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High-Density and Robust Charge Storage with Poly(anthraquinone-substituted norbornene) for Organic Electrode-Active Materials in Polymer–Air Secondary Batteries (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Kawai, K. Oyaizu, H. Nishide
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 48 号: 8 ページ: 2429-2434
  • DOI: 10.1021/ma502396r
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synthesis of Poly(TEMPO-Substituted Glycidyl ether)by Utilizing t-BuOK/18-Crown-6 for an OrganicCathode-Active Material (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Sato, T. Sukegawa, K. Oyaizu, H. Nishide
  • 雑誌名: Macromol. Symp. 巻: 351 号: 1 ページ: 90-96
  • DOI: 10.1002/masy.201300224
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Facile charge transport and storage by a TEMPO-populated redox mediating polymer integrated with polyaniline as electrical conducting path (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Oyaizu, H. Tatsuhira, H. Nishide
  • 雑誌名: Polym. J. 巻: 47 号: 2 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1038/pj.2014.124
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Anionic polymerization of 4-methacryloyloxy-TEMPO using an MMA-capped initiator (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Sukegawa, H. Omata, I. Masuko, K. Oyaizu, H. Nishide
  • 雑誌名: ACS Macro. Lett. 巻: 3 号: 3 ページ: 240-243
  • DOI: 10.1021/mz400644y
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Redox-active hydroxy-TEMPO radical immobilized in Nafion layer for aqueous electrolyte-based and dye-sensitized solar cell (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Kato, F. Kato, K. Oyaizu, H. Nishide
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 43 号: 4 ページ: 480-482
  • DOI: 10.1246/cl.131120
  • NAID: 130004868074
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] TEMPO/viologen electrochemical heterojunction for diffusion controlled redox mediation: A highly rectifying bilayer-sandwiched device based on cross reaction at interface between dissimilar redox polymers (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Tokue, K. Oyaizu, T. Sukegawa, H. Nishide
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 6 号: 6 ページ: 4043-4049
  • DOI: 10.1021/am405527y
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ionic Liquid-inspired Redox Shuttles: Properties of a Ferrocenylimidazolium Salt as an Efficient Mediator for Dye-sensitized Solar Cells (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Oyaizu H. Ikeda, N. Hayo, F. Kato, H. Nishide
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 43 号: 7 ページ: 1134-1136
  • DOI: 10.1246/cl.140276
  • NAID: 130004868268
  • ISSN: 0366-7022, 1348-0715
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] In-situ Polymerization of Thiophene Derivatives Using a Gas-phase Oxidant to Form a Hole-transporting Layer in Dye-sensitized Solar Cell (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Sasada, F. Kato, K. Oyaizu, H. Nishide
  • 雑誌名: J. Photopolym. Sci. Technol. 巻: 27 ページ: 347-350
  • NAID: 130004687589
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Expanding the dimensionality of polymers populated with organic robust radicals toward flow cell application: Synthesis of TEMPO-crowded bottlebrush polymers using anionic polymerization and ROMP (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Sukegawa, I. Masuko, K. Oyaizu, H. Nishide
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 47 号: 24 ページ: 8611-8617
  • DOI: 10.1021/ma501632t
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Self-doping Inspired Zwitterionic Pendant Design of Radical Polymers toward a Rocking-chair-type Organic Cathode-active Material (2013)
  • 著者名/発表者名: I. -S. Chae, M. Koyano, K. Oyaizu, H. Nishide
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. A 巻: 1 号: 4 ページ: 1326-1333
  • DOI: 10.1039/c2ta00785a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polyviologen Hydrogel with High-rate Capability for Anodes toward an Aqueous Electrolyte-type and Organic-based Rechargeable Device (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Sano, W. Tomita, S. Hara, C. -H. Min, J. -S. Lee, K. Oyaizu, H. Nishide
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 5 号: 4 ページ: 1355-1361
  • DOI: 10.1021/am302647w
  • 査読あり
• [雑誌論文] Robust and Efficient Charge Storage by Uniform Grafting of TEMPO Radical Polymer around Multi-walled Carbon Nanotubes (2013)
  • 著者名/発表者名: W. Choi, S. Endo, K. Oyaizu, H. Nishide, K. E. Geckeler
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. A 巻: 1 号: 9 ページ: 2999-3003
  • DOI: 10.1039/c3ta01588b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Pendant Nitronyl Nitroxide Radical-containing Poly(norbornene)s as Ambipolar Electrode-active Materials (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Sukegawa, A. Kai, K. Oyaizu, H. Nishide
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 46 号: 4 ページ: 1361-1367
  • DOI: 10.1021/ma302278h
  • 査読あり
• [雑誌論文] Redox Equilibrium of a Zwitterionic Radical Polymer in a Non-aqueous Electrolyte for Novel Li+ Host Material in a Li-ion Battery (2013)
  • 著者名/発表者名: I. S. Chae, M. Koyano, T. Sukegawa, K. Oyaizu, H. Nishide
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. A 巻: 1 号: 34 ページ: 9608-9611
  • DOI: 10.1039/c3ta12076g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced Bimolecular Exchange Reaction through Programmed Coordination of a Five-coordinate Oxovanadium Complex for Efficient Redox Mediation in Dye-sensitized Solar Cells (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Oyaizu, N. Hayo, Y. Sasada, F. Kato, H. Nishide
  • 雑誌名: Dalton Trans. 巻: 42 号: 45 ページ: 16090-16095
  • DOI: 10.1039/c3dt51698a
  • 査読あり
• [雑誌論文] 空気電池: 有機負極を目指したポリマー膜の設計 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小柳津研一, 西出宏之
  • 雑誌名: 膜 巻: 38 ページ: 131-136
  • NAID: 10031177818
• [学会発表] Macromolecular Complexes for Synthesis of Totally Halogen-free and High Molecular-weight Poly(phenylene sulfide) (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Oyaizu, F. Aida, H. Nishide
  • 学会等名: IUPAC 16th International Symposium on Macromolecular Complexes (MMC-16)
  • 発表場所: Wroclaw (Poland)
  • 年月日: 2015-08-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ラジカルメディエータを用いた有機太陽電池 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小柳津研一
  • 学会等名: 光機能材料研究会第43回講演会
  • 発表場所: 東京
  • 招待講演
• [学会発表] 創電･エネルギー貯蔵分野における高分子未来材料 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小柳津研一
  • 学会等名: 第58回高分子夏季大学
  • 発表場所: 広島
  • 招待講演
• [学会発表] 有機ラジカル型色素増感太陽電池-電荷輸送の基礎と応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小柳津研一
  • 学会等名: 光化学協会370-01光化学応用講座
  • 発表場所: 東京
  • 招待講演
• [学会発表] ラジカルイオン電池の最新動向 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小柳津研一, 西出宏之
  • 学会等名: 高分子学会第22回ポリマー材料フォーラム
  • 発表場所: 東京
  • 招待講演
• [図書] “高分子ラジカル電池”, 『スピン化学が拓く分子磁性の新展開』, CSJカレントレビュー (2014)
  • 著者名/発表者名: 西出宏之, 小柳津研一
  • 総ページ数: 7
  • 出版者: 化学同人