[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

有機レドックスフロー電池 (ORFB)の新展開:オリゴマー活物質の利用

[スポンサーリンク]

2017年 Helms らはレドックスフロー電池でのクロスオーバー現象を防ぐために,オリゴマーを活物質に用いる手法を開発した.

“Macromolecular Design Strategies for Preventing Active-Material Crossover in Non-Aqueous All-Organic Redox-Flow Batteries” Doris, S. E.; Ward, A. L.; Baskin, A.; Frischmann, P. D.; Gavvalapalli, N.; Chénard, E.; Sevov, C. S.; Prendergast, D.; Moore, J. S.; Helms, B. A. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 1595–1599. DOI: 10.1002/anie.201610582

課題設定

風力や太陽光などの自然エネルギーの有効利用を目的に大規模なエネルギーの貯蔵システムの開発が期待されている.レドックスフロー電池 (RFB) はスケールの設定が自由で長期利用に適した蓄電池で,この目的で実証実験もされている[1].様々な RFB に共通する課題として,正極 (負極) 活物質がセパレーターを透過して負極 (正極) へと入り込んでしまうクロスオーバー現象が存在する.最近になって,活物質として高分子を利用することによりクロスオーバー現象を抑制する報告がなされている[2].しかし高分子活物質はフロー装置内で目詰まりを起こす可能性や,粘性があり効率的なフローが行えないことが懸念されている.安価で粘性が低い活物質の利用と,安価なセパレーターの利用をいかに両立させるか,が課題であった.

アプローチ:活物質のオリゴマー化

Helms らはセパレーターに孔径が 1 nm 以下のマイクロ孔を持つ膜[3]を使うことで,3 量体程度の大きさの分子でもクロスオーバー現象を起こさずに活物質として使用できる可能性を示した.ethyl viologen 骨格が組み込まれた単量体 (monomer) とオリゴマー [二量体 (dimer),三量体 (trimer) ] を合成し,それぞれ –0.75 V の電位で可逆的に還元できることを確認している (0.1 M LiPF6 in acetontrile).また,monomerdimertrimer はそれぞれ 8.8,12.3,16.8 Å の大きさであることを計算で見積もっている.

結果

彼らはクロスオーバー現象の抑制効果を測るため,多量体活物質のセパレーターを透過する拡散係数 (Dsol) と,それらの溶媒中における拡散係数 (Deff) の比 (Dsol/Deff) を測定した.この値は溶媒内を拡散するよりもセパレーターを通過するのがどれほど遅いかを示す指標となる.孔径が 1 nm 以下の孔と架橋されて頑強な構造をもつ高分子膜(Cross-linked Polymers of Intrinsic Microporosity, Cross-linked PIM-1[3b]) を作製して活物質のDsol/Deff を測定によって求めると,monomer は14200であるのに対し, dimertrimer は定量限界以上 (297000, 85000) となり,オリゴマー活物質が非常に膜を透過しにくいことがわかった.なお孔径が 28 nm のメソ多孔質膜 (Celgard) を用いた場合は Dsol/Deff  はいずれも 30 程度であり,オリゴマーと Cross-linked PIM-1を組み合わせて用いることイオンの透過性をコントロールできることがわかった.彼らはさらにレドックス活性部位の異なる三量体活物質を二種類合成し,それぞれが可逆的に還元,酸化すること,Cross-linked PIM-1 膜に対する非透過性も高いことを示している.実際に電池としての性能を確かめるには至っていないが,様々な多量体活物質の合成が可能であり,今後発展が期待される.

著者情報

PI Dr. Brett A. Helms (Lawrence Berkeley National Laboratory)
2015-Present Co-Founder, Sepion Technologies
2012-Present Career Staff Scientist, Lawrence Berkeley National Lab.
2007-2012     Staff Scientist, Lawrence Berkeley National Lab
2006-2007     Postdoctoral Fellow with Prof. E.W. Meijer,Technische Universiteit, Eindhoven, The Netherlands
2000-2006     Ph.D. in Chemistry with Prof. Jean M. J. Fréchet, UC Berkeley
1996-2000     B.S. in Chemistry with Prof. Shenda M. Baker, Harvey Mudd College

以上 Helms Group HP より抜粋

参考文献

  1. (a) Noack, J.; Roznyatovskaya, N.; Herr, T.; Fischer, P. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 9776. DOI: 10.1002/anie.201410823 (b) Dunn, B.; Kamath, H.; Tarascon, J.-M. Science 2011, 334, 928. DOI: 10.1126/science.1212741 (c) Arenas, L. F.; Ponce de León, C.; Walsh, F. C. J. Energy Storage 2017, 11, 119. DOI:10.1016/j.est.2017.02.007
  2. (a) Nagarjuna, G.; Hui, J.; Cheng, K. J.; Lichtenstein, T.; Shen, M.; Moore, J. S.; Rodríguez-López, J. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 16309-16316. DOI: 10.1021/ja508482e (b) Sukegawa, T.; Masuko, I, Oyaizu, K. Nishide, H. Macromolecules 2014, 47, 8611–8617. DOI: 10.1021/ma501632t (c) Janoschka, T.; Martin, N.; Martin, U.; Friebe, C.; Morgenstern, S.; Hiller, H.; Hanger, M. D.; Schubert, U. S. Nature 2015, 527, 78. DOI: 10.1038/nature15746 (d) Montoto, E. C.; Nagarjuna, G.; Hui, J.; Burgess, M.; Sekerak, N. M.; Hernàndez-Burgos, K.; Wei, T-S.; Kneer, M.; Grolman, J.; Cheng, K. J.; Lewis, J. A.; Moore, J. S.; Rodríguez-López, J. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 13230–13237. DOI: 10.1021/jacs.6b06365
  3. (a) McKeown, N. B. and coworkers, Chem. Commun. 2004, 230. DOI: 10.1039/b311764b (b) Doris, S. E.; Ward, A. L.; Frischmann, P. E.; Li, L.; Helms, B. A. J. Mater. Chem. A 20164, 16946–16952. DOI: 10.1039/c6ta06401a

ケムステ関連記事

関連書籍

[amazonjs asin=”4901496565″ locale=”JP” title=”化学電池の材料化学”] [amazonjs asin=”4274210537″ locale=”JP” title=”電池がわかる 電気化学入門”] [amazonjs asin=”4320044142″ locale=”JP” title=”電池 (化学の要点シリーズ 9)”]
Avatar photo

Naka Research Group

投稿者の記事一覧

研究グループで話題となった内容を紹介します

関連記事

  1. 生きた細胞内のヘムを検出する蛍光プローブ
  2. Slow down, baby, now you’r…
  3. 良質な論文との出会いを増やす「新着論文リコメンデーションシステム…
  4. プロドラッグの話
  5. 高分子材料におけるマテリアルズ・インフォマティクスの活用とは?
  6. 含窒素有機化合物の触媒合成について
  7. 「ハーバー・ボッシュ法を超えるアンモニア合成法への挑戦」を聴講し…
  8. 天秤で量れるのは何mgまで?

注目情報

ピックアップ記事

  1. アルメニア初の化学系国際学会に行ってきた!③
  2. もし炭素原子の手が6本あったら
  3. 米国版・歯痛の応急薬
  4. 日本最大の化学物質データーベース無料公開へ
  5. ダイハツなど、福島第一原発廃炉に向けハニカム型水素安全触媒を開発 自動車用を応用
  6. コルベ・シュミット反応 Kolbe-Schmitt Reaction
  7. ERATO伊丹分子ナノカーボンプロジェクト始動!
  8. 新アルゴリズムで量子化学的逆合成解析の限界突破!~未知反応をコンピュータで系統探索する新技術~
  9. さよならGoogleリーダー!そして次へ…
  10. 2010年日本化学会年会を楽しむ10の方法

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2018年2月
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728  

注目情報

最新記事

CIPイノベーション共創プログラム「有機電解合成の今:最新技術動向と化学品製造への応用の可能性」

日本化学会第106春季年会(2026)で開催されるシンポジウムの一つに、CIPセッション「有機電解合…

CIPイノベーション共創プログラム「世界を変えるバイオベンチャーの新たな戦略」

日本化学会第106春季年会(2026)で開催されるシンポジウムの一つに、CIPセッション「世界を変え…

年会特別企画「XAFSと化学:錯体, 触媒からリュウグウまで –放射光ことはじめ」

放射光施設を利用したX線吸収分光法(XAFS)は、物質の電子状態や局所構造を元素選択的に明らかにでき…

超公聴会 2026 で発表します!!【YouTube 配信】

超公聴会は、今年度博士号を取得する大学院生が公聴会の内容を持ち寄ってオンライン上で発表する会です。主…

日本化学会 第104春季年会 付設展示会ケムステキャンペーン Part II

さて、Part Iに引き続きPart II!年会をさらに盛り上げる企画として、2011年より…

凍結乾燥の常識を覆す!マイクロ波導入による乾燥時間短縮と効率化

「凍結乾燥は時間がかかるもの」と諦めていませんか?医薬品や食品、新素材開発において、品質を維…

日本化学会 第104春季年会 付設展示会ケムステキャンペーン Part I

まだ寒い日が続いておりますが、あっという間に3月になりました。今年も日本化学会春季年会の季節です。…

アムホテリシンBのはなし 70年前に開発された奇跡の抗真菌薬

Tshozoです。以前から自身の体調不良を記事にしているのですが、昨今流行りのAIには産み出せな…

反応操作をしなくても、化合物は変化する【プロセス化学者のつぶやき】

前回まで1. 設定温度と系内の実温度のお話2. 温度値をどう判断するか温度を測ること…

ジチオカーバメートラジカル触媒のデザイン〜三重項ビラジカルの新たな触媒機能を発見〜

第698回のスポットライトリサーチは、名古屋大学大学院工学研究科(大井研究室)博士後期課程1年の川口…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP