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2011 年度 実施状況報告書

機能性ジスルフィド化合物の高効率合成法の開拓と電池材料への応用

研究課題

研究課題/領域番号 23655185
研究機関名古屋大学

研究代表者

吉川 浩史  名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (60397453)

研究分担者 谷藤 尚貴  米子工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (80423549)
研究期間 (年度) 2011-04-28 – 2013-03-31
キーワードジスルフィド化合物 / 二次電池 / 太陽電池 / 固相合成
研究概要

ジスルフィド系化合物が有する可逆的なS-S結合の開裂-再結合(酸化-還元)反応は、電池反応への応用が可能である。本研究では、DFT計算などを利用した、電池活物質として機能する適切な分子設計をおこなうとともに、本研究グループが蓄積してきた一連のジスルフィド系化合物のオリジナルな合成手法を用いて、真に2次電池の活物質として利用可能な機能性ジスルフィドの選択的高効率合成を目指す。 今年度は、チオールとの反応性の高いチオスルホン酸エステルに着目し、ヨウ素を活用した無溶媒合成法を用いることにより、新規分子を含めたポリマー前駆体の合成を行った。本反応において、ヨウ素の昇華特性は固体の基質に対して満遍なく浸透させる作用を有しており、試験管内でジスルフィド、スルフィン酸ナトリウム、ヨウ素を軽く混合するだけで、クロスカップリングは進行し、多種多様なジスルフィドポリマー前駆体を得ることに成功した。これらの分子は2つ以上の反応点を持つことから、ジチオールを求核攻撃させることによって新規のジスルフィドポリマーの合成に多数成功した。 このジスルフィドポリマーを正極活物質とするリチウム二次電池を作製して電池特性を評価したところ、ジスルフィドポリマーが従来のリチウムイオン電池の容量を上回る材料であることを明らかにした。ジスルフィドをつなぐ有機基がアルキル基の場合、プラトーは無いものの耐久性は良好である一方で、フェニル基の場合、プラトーが現れるものの耐久性は良くないという現象が見られた。そこで、両者をコポリマーにすることで、双方の長所を有する電池の開発に成功した。このように、放電特性はジスルフィド基をつなぐ有機基によって改善可能となる知見を得た。これらは、ジスルフィドポリマーを自由にデザインできれば、次世代二次電池の良好な電極材料となることを示す重要な結果である。

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

固相反応により、様々な新規ジスルフィドポリマーを合成することが可能になった点で計画以上に進展したと言える。また、この新規ジスルフィドポリマーを正極活物質に用いることで、従来のリチウムイオン電池よりも大きな容量と安定なプラトー電位領域を得ることができたのは、非常に大きな成果である。

今後の研究の推進方策

今年度見出したジスルフィドポリマー合成反応を確立し、さらに様々な機能性ジスルフィドポリマーの作製を行う。これらを電極材料とする二次電池を作製し、その電池特性を計測することにより、耐久性、容量、充電時間などの点で真に実用可能な二次電池の開発を行うことを最終目標とする。なお、これが実現できれば、オール有機で構成された2次電池も可能となり、環境に配慮したエネルギーデバイスを構築できる。また、これらのジスルフィドポリマーは色素増感型太陽電池の電解質としても利用可能なことから、太陽電池への応用も目指す。

次年度の研究費の使用計画

今年度と同じくジスルフィドポリマー作成用の試薬やガラス器具などの消耗品に主に使用する。また、二次電池や太陽電池作製用の消耗品部材にも使用する。その他、研究代表者と研究分担者が打ち合わせや共同研究を行うための旅費や滞在費にも支出する。本研究で得られた成果を国内および国際会議で発表するための旅費にも使用する予定である。

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (12件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] In operando XAFS Studies of Polyoxometalate Molecular Cluster Batteries: Polyoxometalates as Electron Sponges2012

    • 著者名/発表者名
      Heng Wang
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc

      巻: 134 ページ: 4918-4924

    • DOI

      10.1021/ja2117206

    • 査読あり
  • [雑誌論文] No Solvent Synthesis and Reaction Mechanism of Thiosulfionic Acid S-Ester and Disulfides2012

    • 著者名/発表者名
      谷藤尚貴
    • 雑誌名

      日本高専学会誌

      巻: 16 ページ: 105-108

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Adsorption Properties of Organic Dye at Bird’s Egg-Shell Responsible for Screening Tests of New Water Purification Materials2012

    • 著者名/発表者名
      谷藤尚貴
    • 雑誌名

      日本高専学会誌

      巻: 16 ページ: 109-114

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nanohybridization between Polyoxometalate Clusters and SWNTs: Applications to Molecular Cluster Batteries2011

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kawasaki
    • 雑誌名

      Angew. Chem. Int. Ed.

      巻: 50 ページ: 3471-3474

    • DOI

      10.1002/anie.201007264

    • 査読あり
  • [雑誌論文] In-situ XAFS studies of Mn12 molecular cluster batteries: super-reduced Mn12 clusters in solid-state electrochemistry2011

    • 著者名/発表者名
      Heng Wang
    • 雑誌名

      Chem. Asian J.

      巻: 6 ページ: 1074-1079

    • DOI

      10.1002/asia.201000782

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 分子クラスターを利用した2次電池2011

    • 著者名/発表者名
      吉川浩史
    • 雑誌名

      表面技術

      巻: 62 ページ: 486-490

  • [雑誌論文] 固体電気化学が拓く新しい分子クラスターの科学 ― 分子クラスター電池の開発2011

    • 著者名/発表者名
      吉川浩史
    • 雑誌名

      化学と工業

      巻: 64 ページ: 957-957

  • [学会発表] 反応集積化プロセスを用いたポリマー合成法開発とリチウム二次電池正極活物質への応用2012

    • 著者名/発表者名
      原聡
    • 学会等名
      第14回化学工学会学生発表会宇部大会
    • 発表場所
      宇部高専(山口県)
    • 年月日
      2012年3月3日
  • [学会発表] ジスルフィドポリマーの無溶媒合成とリチウム二次電池材料への応用2012

    • 著者名/発表者名
      谷藤尚貴
    • 学会等名
      日本化学会第92春季年会
    • 発表場所
      慶応義塾大学(横浜市)
    • 年月日
      2012年3月27日
  • [学会発表] 多核金属錯体を用いた新しい二次電池の開発と反応機構解明2012

    • 著者名/発表者名
      吉川 浩史
    • 学会等名
      日本化学会第92春季年会(招待講演)
    • 発表場所
      慶応大学(横浜市)
    • 年月日
      2012年3月25日
  • [学会発表] 新しいポリマーを正極活物質としたリチウム二次電池の作成と電池特性2012

    • 著者名/発表者名
      村尾彰郁
    • 学会等名
      サイエンス・インカレ
    • 発表場所
      未来科学館(東京都)
    • 年月日
      2012年2月18日
  • [学会発表] 有機二次電池における構成部材と要求特性--各種構成部材とそこに求められる特性と課題2011

    • 著者名/発表者名
      吉川 浩史
    • 学会等名
      技術情報協会セミナー(招待講演)
    • 発表場所
      北とぴあ(東京都)
    • 年月日
      2011年7月26日
  • [学会発表] 多核金属錯体分子を活物質とした分子クラスター電池の開発2011

    • 著者名/発表者名
      吉川 浩史
    • 学会等名
      社団法人新化学技術推進協会 新素材技術部会講演会(招待講演)
    • 発表場所
      社団法人新化学技術推進協会会議室(東京都)
    • 年月日
      2011年4月15日
  • [学会発表] 無溶媒条件を用いたジスルフィド,チオスルホン酸エステルの合成と機能性材料への応用2011

    • 著者名/発表者名
      谷藤尚貴
    • 学会等名
      第38回有機典型元素化学討論会
    • 発表場所
      石川県立音楽堂邦楽ホール(石川県)
    • 年月日
      2011年12月9日
  • [学会発表] 新規ジスルフィドポリマー合成とリチウム二次電池用正極活物質への応用2011

    • 著者名/発表者名
      村尾彰郁
    • 学会等名
      第38回有機典型元素化学討論会
    • 発表場所
      石川県立音楽堂邦楽ホール(石川県)
    • 年月日
      2011年12月8日
  • [学会発表] ヨウ素を用いたジスルフィドポリマー前駆体の合成とリチウム二次電池用正極活物質への応用2011

    • 著者名/発表者名
      村尾彰郁
    • 学会等名
      第14回ヨウ素学会シンポジウム
    • 発表場所
      千葉大学(千葉県)
    • 年月日
      2011年11月18日
  • [学会発表] チオスルホン酸エステルと機能性ジスルフィド材料の無溶媒合成2011

    • 著者名/発表者名
      山本耕平
    • 学会等名
      2011年日本化学会西日本大会
    • 発表場所
      徳島大学(徳島県)
    • 年月日
      2011年11月12日
  • [学会発表] リチウム二次電池正極活物質を指向した新規ジスルフィドポリマーの合成2011

    • 著者名/発表者名
      村尾彰郁
    • 学会等名
      2011年日本化学会西日本大会
    • 発表場所
      徳島大学(徳島県)
    • 年月日
      2011年11月12日
  • [学会発表] Capacitance Effects in Molecular Cluster Batteries2011

    • 著者名/発表者名
      吉川 浩史
    • 学会等名
      the 3rd Asian Conference on Coordination Chemistry
    • 発表場所
      India Habitat Center, New Delhi, India
    • 年月日
      2011年10月19日
  • [備考]

    • URL

      http://advmat.chem.nagoya-u.ac.jp/yoshikawa.html

  • [産業財産権] フォトクロミック分子担持体, およびその製造方法2011

    • 発明者名
      谷藤尚貴
    • 権利者名
      谷藤尚貴
    • 産業財産権番号
      特許: 特願2011-96831
    • 出願年月日
      2011年04月23日

URL: 

公開日: 2013-07-10  

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