新規高エネルギー有機硫黄系超分子の設計

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13878089
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 末松 俊造 東京農工大学, 工学部, 教務職員 (10332636)
• 研究分担者: 直井 勝彦 東京農工大学, 工学研究科, 教授 (70192664)
• キーワード: 高エネルギー容量密 / ポリスルフィド結合 / ネットワークポリマー / 超分子 / 水素結合 / 高サイクル特性 / 電気化学キャパシタ / リチウムポリマー電池

研究概要

我々はこれまで、高エネルギー密度が期待できるポリスルフィド結合により拡張したネットワークポリマー(オリゴマー)や、分子内にアミノ基を有することで水素結合などの超分子構造を有する有機硫黄化合物の分子設計および電気化学的挙動の解明を試みてきた。ネットワーク化、超分子化により低分子量体である還元体の負極への泳動を防ぎサイクル特性の向上が期待できる。そこで本研究では有機硫黄超分子のレドックス反応における構造変化を分光学的手法により評価し電気化学的挙動の解明を行った。有機硫黄超分子のレドックス反応に関しては、電位を制御することにより超分子構造を維持しながらジスルフィドの生成、開裂が起こることを確認した。容量密度に関しては現在のリチウム遷移金属酸化物と同程度である約112Ahkg^<-1>であった。サイクル特性について超分子構造を持たない有機硫黄化合物と比較した結果、有機硫黄超分子は初めの10サイクル目まで低分子量体の泳動の抑制を示唆する容量の維持が確認できた。しかし、10サイクル以降、徐々に容量は減少し1000サイクル目において初期容量の約20%であった。そこでレドックスにおける構造の変化を分光学的手法により解析した結果、オリゴマー形成において超分子体の開裂が確認できた。超分子体の開裂によりサイクルの際、超分子構造が断片化することで出現容量が減少することが考えられた。超分子構造が維持できる電位範囲でのサイクル特性と、維持できない電位範囲でのサイクル特性では1000サイクルにおいて約3倍もの容量出現率の維持(67Ahkg^<-1>)が確認できた。以上、我々が分子設計・合成した有機硫黄超分子は、現在の電極材料として提案されているリチウム遷移金属酸化物と同程度の容量密度に加え、超分子構造の維持により約1桁の高いサイクル特性を示すことが確認され、電気化学キャパシタやリチウム二次電池の電極材料として期待できる。

研究成果

• [文献書誌] K.Naoi, S.Suematsu, M.Komiyarna, N.Ogihara: "An Electrochemical Study of Poly(2, 2'-dithiodianiline) in Acidic Aqueous Media"Electrochimica Acta. 47. 1091-1096 (2002)
• [文献書誌] S.Suematsu, K.Naoi: "Quinone-introduced oligomeric supramolecule for supercapacitor"Journal of Power Sources. 816. 97-98 (2001)
• [文献書誌] K.Naoi, S.Suematsu, A.Manago: "Electrochemistry of Poly(1, 5-diaminoanthraquinone) and Its Application in Electrochemical Capacitor Materials"Journal of The Electrochemical Society. 147(2). 420-426 (2000)
• [文献書誌] S.Suematsu, Y.Oura, H.Tsujimoto, H.Kanno, K.Naoi: "Conducting Polymer Films of Cross-linked Structure and Their QCM Analysis"Electrochimica Acta. 45. 3813-3821 (2000)
• [文献書誌] K. Naoi, S.Suematsu, A.Manago: "Enhanced Cycleability of π-π Stacked Supramolecular Oligomer (1, 5-diaminoanthraguinone) for Electrochemical Capacitor Material"Journal of The Electrochemical Society. 149(4)(in press). (2002)
• [文献書誌] 直井勝彦, 末松俊造: "電子とイオンの機能化学シリーズvol.2大容量電気二重層キャパシタの最前線"株式会社エヌ・ティー・エス. 15 (2002)