2016 Fiscal Year Annual Research Report
導電性高分子－レドックス活性有機低分子複合体の作製と高容量蓄電デバイスへの応用
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16J03122
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
佐藤 宏亮 慶應義塾大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)
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2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | 導電性高分子 / キノン誘導体 / 複合体 / ナノ構造 / 電極材料 / キャパシタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、導電性高分子の形態制御に基づいて、酸化還元活性のある有機結晶との複合体を作製する手法を確立し、有機電極材料として応用することを目指すものである。従来、無機金属材料によって構成される電極材料を、低環境負荷な有機材料に置き換えることは、元素戦略の観点から極めて重要である。有機低分子を電極材料として活用する際には、低導電性および電解液への溶解という課題があることが指摘されている。本研究の目的は、電子移動経路および溶出の抑制として機能する導電性高分子と、酸化還元活性を有する有機低分子結晶との複合体を形態制御に基づいて作製し、蓄電デバイスの電極として有用であると示すことである。平成２８年度の具体的な成果として、導電性高分子ポリピロールと、酸化還元活性のあるキノン誘導体について、３種類の複合手法を開拓し、異なるナノ構造を有する複合体を作製することに成功した。得られた複合体は、コア-シェル構造や海-島構造を有しており、キノン誘導体の結晶が導電性高分子に囲まれた構造となっていた。これらの複合体について、水系の電解液で駆動する電極材料として評価すると、導電性高分子とキノン誘導体の両方の容量を利用できることが分かった。これらの複合体では、キノン誘導体のバルク結晶や、ナノ構造を持たないポリピロールとキノン誘導体の混合物よりも、キノン誘導体の電気化学的な反応率が向上していた。また、上記のバルク結晶や混合物と比べて、繰り返し充放電におけるキノン誘導体の電解液への溶出が抑制された。以上の結果をもって、導電性高分子-レドックス活性有機低分子の複合体の、電極材料としての有効性の提示ができたと考えられる。平成２８年度の成果を別な側面から評価すると、二相ともに有機物からなる複合体の分析方法の確立および、電極としての評価に用いる電気化学的な測定系の構築ができたといえる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究計画の一年目における進捗状況は、当初の予定以上であった。当初の研究計画において、「導電性高分子-レドックス活性有機低分子複合体が電極材料として有効であることの提示」を一年目の目標としていた。実際の進捗として、ポリピロール/キノン誘導体結晶のホスト-ゲスト複合体、および相分離による海-島構造の複合体を作製することができた。さらに、複合体による電極において電気化学特性の向上が観測された。上記の成果は、２件の査読あり論文および２件の国際学会発表において発表された。以上をもって、計画の一年目の目標である「複合体の有効性の提示」を達成できたと判断した。加えて、当初の計画では二年目の内容としていた「複合材料の構造や組成の検討」について進捗があった。構想していた三種類の複合化法を確立したうえで、複合体の構造と組成を一定の条件のもと制御して作製可能であることが分かった。この一部は、上記の論文および学会発表で発表された。総括として、平成２８年度の進捗は、一年目の目標を達成し二年目に予定していた目標の過半程度に到達したため、当初の計画以上に進展していると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、提案した複合化方法の深化を図り形態・組成の制御性を向上させること、および複合体の形態の最適化により容量の向上を目指すことの二点を軸に、研究の展開を計画している。前者について、複合体の作製に用いるポリマーやキノンの誘導体の組み合わせを変えることやモノマーの重合条件を検討することで、形態制御や組成の幅を広げることを試みる。後者について、３種類の複合体のデータを基に、どのような構造の複合体を設計すれば電気化学特性が向上するか検討する。
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