| 研究課題/領域番号 |
19H02690
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| 研究機関 | 愛媛大学 |
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研究代表者 |
御崎 洋二 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (90202340)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 二次電池 / 正極活物質 / 有機材料 / ドナー / アクセプター |
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| 研究実績の概要 |
(1)ドナー(D)分子であるテトラチアフルバレン(TTF)とアクセプター分子(A)であるp-ベンゾキノン(BQ)が融合したD-D-A型トリアド分子の無置換体(1)およびそのナフトキノン類縁体(2)の合成に成功した。従来の誘導体に比べ分子量が小さいため，1を用いた二次電池の放電容量が299 mAh g－1, 放電エネルギー密度が855 mWh g－1まで向上することを見出した（従来のものは最高で放電容量：270 mAh g－1, 放電エネルギー密度：810 mWh g－1）。また，1のビス(ブチルチオ)体(1-Bu)の合成を新たに行い，その単結晶X線構造解析に成功した。その結果，1-Buが重なりの良い積層構造をとること，この分子結晶が室温で10－5 S cm－1と比較的高い導電性を示すことを明らかにした。1,2の伝導性については加圧成型試料を用いて測定を行い，室温で非常に高い伝導性(0.6～3 S/cm)を示すことを明らかにした。
(2) 高容量化と溶解度の低下によるサイクル特性の向上を目指し，ベンゾTTFとBQから成るA-D-A融合型トリアド分子 (3)を新たに開発した。3を正極活物質として用いたリチウムイオン電池(3/Li)の充放電試験を行ったところ，直接TTFとBQが融合したQTTFQに比べてサイクル寿命が著しく改善されることが明らかとなった。3/Liにおける初回の放電容量は250 mAh g-1であり，６電子利用における理論容量(346 mAh g-1)の72%であった。低い利用率(72%)の理由としては，3の還元電位が負側へシフトしているためにBQ部位のすべてを利用した充放電が作用電圧範囲内で行われてないためと考えている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
標的分子の一つであるTTF-TTF-BQ型トリアド分子の無置換体(1)の合成に成功したばかりでなく，そのフトキノン類縁体(2)，1のビス(ブチルチオ)体(1- Bu)，ベンゾTTFとBQから成るA-D-A融合型トリアド分子 (3)といった当初計画になかった新分子の合成にも成功している。また、1- BuのX線構造解析に成功し，電極中における活物質分子の結晶構造に関する知見を得ることができた。さらに，1が高い伝導性を有すること，1を正極活物質に用いた二次電池(1/Li)が，従来の縮合型分子の中で最高の電池放電容量（299 mAh /g）, 放電エネルギー密度（855 mWh /g）を示すことを見出した。これらの結果を基により研究を続けることにより，さらに高性能な正極活物質分子の開発研究を進展させることが期待できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究計画調書に記載した標的分子，特にTTF-BQダイアッドをσ結合で連結したダイマー，TTF-TTF-BQトリアドのベンゾ体の合成に引き続き取り組む。合成経路に関しては，これまでの研究成果により得られた結果をフィードバックさせることによって最適化を検討する。また，ナフタレンテトラロンがTTFやTTPに縮合した分子の合成に着手する。令和２年度中に合成に成功した分子について，易溶性誘導体の酸化還元挙動の解明を行うと共に，難溶性誘導体を共同研究者に供給し，それらを正極活物質としたコイン型二次電池の作製と充放電特性の評価を行う。
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