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2016 年度 実績報告書

MOFを基盤とするエネルギー材料の創製と応用

研究課題

研究課題/領域番号 15K13769
研究機関関西学院大学

研究代表者

吉川 浩史  関西学院大学, 理工学部, 准教授 (60397453)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
キーワード金属有機構造体 / 二次電池 / ポリオキソメタレート / ジスルフィド
研究実績の概要

金属有機構造体(MOF)は、架橋有機配位子と金属イオンから形成される多孔性物質であり、ガス吸着(分離)や触媒反応などへの応用から非常に注目を集めている。本研究では、MOFの酸化還元特性や空孔への電解質イオンの挿入と脱離が可能な点に着目し、電池材料への応用研究を行ってきた。
H28年度は、酸化還元活性な有機配位子である4,4'-ジピリジルジスルフィド(4dpds)とCuイオンからなる2次元構造の[Cu(oxalate)(4dpds)](S-MOF)を合成し、これを正極活物質とするリチウム電池の充放電測定を行った。その結果、S-MOF電池では4dpdsとCuイオン両方の酸化還元に基づく理論容量とほぼ同じ値が安定に観測され、4dpds電池よりも良い電池特性を示すことが分かった。ここでは、正極のS K端XAFS測定により、電池反応におけるMOF中のジスルフィド(S-S)結合の状態変化の解明を試みた。その結果、充放電によりMOF配位子中のジスルフィド結合は可逆な開裂/結合と2電子の酸化還元を示すことが分かった。このことより、MOFの強固な骨格にジスルフィド配位子を組み込むことで、電気化学反応におけるS-S結合の可逆な開裂と再結合が可能となり、安定なサイクル特性を有する二次電池が実現できた。
また、MOFにポリオキソメタレート(POM)を組み込んだPOMOFを用いた高性能な二次電池の開発にも取り組んだ。ここでは、POMの一つであるKeggin型のシリコモリブデン酸をCuイオンとピラジンやビピリジンから成るMOFと組み合わせたPOMOFを作製し、これらを正極活物質とするリチウム電池の充放電特性を検討した。POMOF電池の1サイクル目の放電容量は、シリコモリブデン酸そのものよりも大きく、POMOFにすることで、電解液への溶出などを抑えることができたといえる。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Integration of Paramagnetic Diruthenium Complexes into an Extended Chain by Heterometallic Metal-Metal Bonds with Diplatinum Complexes2016

    • 著者名/発表者名
      K. Uemura, N. Uesugi, A. Matsuyama, M. Ebihara, H. Yoshikawa, K. Awaga
    • 雑誌名

      Inorg. Chem.

      巻: 55 ページ: 7003-7011

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.6b00741

    • 査読あり
  • [学会発表] Rechargeable Batteries Using Polyoxovanadate Related Compounds as Cathode Active Materials2017

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Yoshikawa, Heng Wang
    • 学会等名
      日本化学会 第97春季年会 (2017)
    • 発表場所
      慶応義塾大学(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2017-03-16 – 2017-03-19
  • [学会発表] Solid-state Electrochemistry of Coordination Compounds2016

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Yoshikawa
    • 学会等名
      10th High-Tech Research Center International Symposium “Supramolecular Science-Based Organic Materials and Devices”
    • 発表場所
      東邦大学(千葉県・習志野市)
    • 年月日
      2016-12-09 – 2016-12-11
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 多電子の酸化還元能を有する金属有機構造体を正極活物質とする二次電池の開発2016

    • 著者名/発表者名
      吉川浩史、清水剛志
    • 学会等名
      第57回電池討論会
    • 発表場所
      幕張メッセ 国際会議場(千葉県・千葉市)
    • 年月日
      2016-11-29 – 2016-12-01
  • [学会発表] Solid-state Electrochemistry of Molecular Clusters2016

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Yoshikawa
    • 学会等名
      Satellite meeting of ICMM2016 “Molecular Technology for the Design and the Control of Functionalities in Materials”
    • 発表場所
      東京国際フォーラム(東京都・千代田区))
    • 年月日
      2016-09-03
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 金属錯体系材料を正極活物質とする高性能二次電池の開発研究2016

    • 著者名/発表者名
      吉川浩史
    • 学会等名
      新型電池オープンラボ第18回講演会
    • 発表場所
      神奈川大学(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2016-05-18
    • 招待講演
  • [備考] http://www.kg-nanotech.jp/yoshikawa/

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公開日: 2018-01-16  

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