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本研究では、イミド類およびキノン類を含む有機レドックス席の電子移動過程の確立を基盤として、LUMOのエネルギーレベルと還元状態の化学安定度をバランスさせる設計により、究極の密度でかつ安定にレドックス席を有するポリマーを幅広く合成する。また、物質移動過程の解明と制御に基づく膜抵抗の低減により、ポリマー内での迅速かつ大容量の電子移動過程を達成する。さらに、イオン輸送性を高めた新しい活物質の設計(例えばセルフドープ型やイオノフォア導入ポリマー)により、電解質および電解液の大幅な削減を可能にする。これら基礎的追究から得られる知見を総合し、有機二次電池を構成する負極活物質として具体化することを目的とする。
(1)イミド・キノン含有ポリマーの有機電気化学確立:イミドやアントラキノンをレドックス部位とするポリマーの合成を検討した。電気化学的な可逆応答を示す条件を明らかにし、レドックスポリマーとしての位置づけを明確にした。
(2)UMOレベル制御による負極活物質の設計:分子内水素結合性基を有するイミドおよびアントラキノンの安定性を検討し、レドックス席を酸化型、還元型の両酸化状態で単離・同定することを試み、活物質としての化学安定性や耐久性を把握した。
(3)ポリマーの精密合成と複合電極の特性評価:選定されたイミドおよびキノン骨格をレドックス席として当重量小さく有する主鎖型・ペンダント型ポリマーを設計した。レドックス当重量に基づく理論容量を算出し、高い電荷貯蔵密度が期待できる主鎖型およびペンダント型ポリマーを選定した。成膜性、構造安定性、電気化学活性を考慮し、セミキノンラジカルの安定度の向上と、キンヒドロン生成の抑制が期待できる主鎖構造としてポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリスチレン、ポリ(ビニルエーテル)、ポリエーテルなどを検討し、主鎖構造と応答性の相関を明らかにした。
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