2022 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | HYDROGENOMICS: Creation of Innovative Materials, Devices, and Reaction Processes using Higher-Order Hydrogen Functions |
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| Project/Area Number |
18H05515
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
宮武 健治 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (50277761)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福井 賢一 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (60262143)
小柳津 研一 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90277822)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 水素 / ハイドロジェノミクス / 高次水素機能 / 創蓄電デバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ピリジノピラジン，ジフェニルキノキサリン，イソプロパノールなど多様な水素貯蔵席を有する高分子を展開し，質量水素密度のほか水素発生の反応速度定数や活性化エネルギーなどの速度論的パラメータを整理し，新しい機能性高分子としての水素キャリア高分子の一群を開拓した。これらの中で，キノキサリン類やケトン類などレドックス活性を併せ持った高分子については，水電解法と組合せた簡便な電解水素化により，サイクル性よくオンサイトで純水素を供給できることを一般性ある知見として示した。
プラスチックフィルム(高分子薄膜)中の電子およびプロトンの移動能について界面選択分光により解析を行い，電極からの電子還元により生じるアニオンおよびジアニオン中間体の量的変化が，逐次反応の第二段階に必要な膜内でのプロトン移動が制限されているため水素貯蔵が停止する機構で説明できることが分かった。電極との界面で水素貯蔵がほとんど起こっていない分光結果とも合致し，プロトン移動を高める界面設計が必要であることが再確認された。
プロトンが関与して可逆的にレドックス反応性を示す有機化合物を負極活物質に用いた全固体空気二次電池を設計した。2プロトン・2電子移動反応を示す2,5-ジヒドロシキベンゾキノンから成る負極組成を最適化することにより、開回路電圧が0.8V、放電容量が30mAh/gの全固体空気二次電池を創製することができた。さらにレドックス化合物をポリマー化したところ、負極の性能と安定性が共に向上し、放電容量は180mAh/gを超え、レート100C以上での高速放電も可能であった。また、充放電を30サイクル繰り返しても安定に作動することも確認した。小型軽量化、フレキシブルデバイスなどの利点に加えて、溶液の漏れ出しや蒸発、水や空気による電極の劣化の問題がない次世代の蓄電デバイスとしての原理実証に世界で初めて成功した。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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