ウラン・レドックスフロー電池活物質の分子設計手法による創製

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13780402
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 山村 朝雄 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (20281983)
• Keywords: ウラン・レッドクスフロー電池 / 高エネルギー効率 / 高速の電極反応 / テトラケトン配位子 / ウラン錯体

Research Abstract

ウラン・レドックスフロー電池とは、ウランが二組の可逆の酸化還元対を持つことに着目して我々が提案した、自然エネルギーの出力平滑化のための電力貯蔵用電池である。ウランのIII価からVI価の4つの酸化状態が安定であるためには非プロトン性溶媒を用いる必要があり、高いエネルギー効率のためには高い溶解度と高速で可逆の電極反応が必要である。この条件を満たす優れたウラン電池活物質の創製のためには、ウランのIII価からVI価の4つの酸化状態での錯形成を安定化する必要がある。
以上の目的で設計・合成した二種類のテトラケトン配位子は、いずれも1:1あるいは2:1の比率でウランのVI価およびIV価のイオンとの安定な錯体を調製することができた。元素分析の結果によれば、テトラケトン配位子をH_2L、溶媒和分子をSと書けば、ウランVI価錯体はUO_2L.S、ウランIV価錯体はUL_2.Sとの構造と同定できた、これらの錯体のジメチルホルムアミド(DMF)およびジメチルスルホキシド(DMSO)の溶液中での炭素電極上での電極反応をサイクリックボルタンメトリーにより検討したところ、テトラケトン錯体では正極反応(VI価/V価)および負極反応(IV価/III価)のいずれの酸化還元反応も配位子の解離・会合のない可逆なものとなることが判明した。このような検討の結果、両極にDMSO/DMF=50/50(v/v)の溶媒を用い、正極にUO2L.れば、同一の溶媒・配位子を用いた電池が実現可能であることも明らかとなった。
このように、テトラケトン錯体はウラン電池の優れた活物質と期待できることが判明し、またこのような手法はすぐれた電池活物質の創製のひとつの手段となりうることを示すことができた。

Research Products

• [Publications] 山村朝雄, 塩川佳伸, 山名元, 森山裕丈: "Electrochemical investigation of uranium β-diketone complexes in polar aprotic organic solvents for redox flow battery"Electrochim. Acta. 48. 43-50 (2002)
• [Publications] 山村朝雄, 塩川佳伸, 池田泰久, 富安博: "Electrochemical investigation of tetravalent uranium β-deketones for active materials of all-uranium redox flow battery"J. Nucl. Sci. Technol.. Suppl.3. 445-448 (2002)
• [Publications] 金聖潤, 水岡, 水口浩司, 山村朝雄, 塩川佳伸, 富安博, 池田泰久: "Electrochemical Studies on [U(dmso)_9]^<4+> and [UO_2(dmso)_5]^<2+> (dmso=dimethyl sulfoxide) Complexes in DMSO"J. Nucl. Sci. Technol.. Suppl.3. 441-444 (2002)