Development of Organic Energy Materials Chemistry

有机能源材料化学进展

基本信息

批准号：
21H04695
负责人：
小柳津研一
金额：
$ 26.46万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

電気や水素などの二次エネルギーの蓄積機能を発現する高分子の設計に関する基本的考え方である「双安定性」の概念を，実践的MIの手法も取り入れながら拡張することで革新的エネルギー変換機能を担う「有機エネルギーマテリアル化学」を確立する方針に沿って継続して取り組んだ。キーワードである「双安定性」とは，蓄電物質では酸化・還元の両状態，水素貯蔵物質では水素付加体・脱離体の化学的安定性を指す。蓄電機能を発揮させるには，分子レベルの酸化還元の可逆性に加え，厚みを持った物質で双安定性を実現することが必須の要件である。このような電荷蓄積の考え方を水素貯蔵に適用し，水素付加体・脱離体の双安定性を持たせることにより，新しい水素キャリア高分子を次々と創出している。本年度は特に，エネルギー蓄積密度の向上に資するレドックス当重量や質量水素密度を因子とした分子設計の確立と，具体的な高分子創出に注力した。双安定性に立脚した分子設計からは出力密度に関わる制御因子を導くことができないため，出力を向上させるための有効な手段や考え方を確立することを目指した。以下に概要を述べる。エネルギー変換物質における出力 (パワー密度) に関わる因子を解明するため，活性部位の電極反応速度定数や自己電子交換の二次反応速度定数を因子とした，いわゆる平均場近似に基づく分子設計の方法論を明確にした。例えば，有機二次電池の潜在的優位性である高いパワー密度 (LIBの約100倍以上に当たる10000 W/kg超) を実現するには，電極反応速度定数の大きいレドックス席の適用が極めて有効であることが多くの具体的事例から明らかになった。また，水素キャリア高分子の応答はこれまで数時間を要し，パワー密度に関わるレート特性の向上が課題となっていたが，インダノン／インダノールを反応部位とすることにより，温和な条件下でも10倍以上の出力を達成した。

通过扩展“双稳态”概念（设计具有存储电和氢等二次能源功能的聚合物的基本概念），同时结合实用的 MI 技术，我们开发了创新的能量转换功能。按照建立“有机能源材料化学”的方针，负责有机能源材料的开发。关键词“双稳定性”是指储能材料的氧化态和还原态的化学稳定性，以及储氢材料的氢加合物和解吸产物的化学稳定性。为了实现蓄电功能，除了分子水平上氧化还原的可逆性外，还必须实现厚材料的双稳态。通过将电荷存储这一概念应用于氢存储并创造氢加合物和解吸剂的双稳定性，新的氢载体聚合物正在被不断地创造出来。今年，我们特别注重建立考虑氧化还原当量和质量氢密度的分子设计，这有助于提高能量存储密度，并致力于创造特定的聚合物。由于不可能从基于双稳态的分子设计中推导出与功率密度相关的控制因素，因此我们的目标是建立提高功率输出的有效手段和思路。下面给出了概述。为了阐明与能量转换材料的输出（功率密度）相关的因素，我们开发了一种基于所谓平均场近似的分子设计方法，该方法使用活性位点的电极反应速率常数和第二明确了自电子交换的有序反应速率常数。例如，为了实现有机二次电池的潜在优势——高功率密度（超过10,000 W/kg，约为LIB的100倍），应用具有大功率的氧化还原座是极其有效的。电极反应速率常数从许多具体例子中已经清楚了。此外，以前氢载体聚合物的响应需要几个小时，并且改善与功率密度相关的倍率特性是一个问题，但通过使用茚满酮/茚满醇作为反应位点，即使在温和的条件下，也实现了两倍以上的产量。

项目成果

期刊论文数量（76）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Exploration of organic superionic glassy conductors by process and materials informatics with lossless graph database

DOI：
10.1038/s41524-022-00853-0
发表时间：
2022-08-17
期刊：
NPJ COMPUTATIONAL MATERIALS
影响因子：
9.7
作者：
Hatakeyama-Sato, Kan;Umeki, Momoka;Oyaizu, Kenichi
通讯作者：
Oyaizu, Kenichi

Designing Ultrahigh-Refractive-Index Amorphous Poly(phenylene sulfide)s Based on Dense Intermolecular Hydrogen-Bond Networks

DOI：
10.1021/acs.macromol.1c02412
发表时间：
2022-03-22
期刊：
MACROMOLECULES
影响因子：
5.5
作者：
Watanabe, Seigo;Oyaizu, Kenichi
通讯作者：
Oyaizu, Kenichi

水素キャリア高分子の展開とグリーン水素生産への応用

氢载体聚合物的开发及其在绿色制氢中的应用

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tomokazu Umeyama;Tatsuho Wada;Kensho Igarashi;Kosaku Kato;Akira Yamakata;Taiki Takeyama;Yuji Sakamoto;Yasunari Tamai;Hideo Ohkita;Keiichi Ishida;Tomoyuki Koganezawa;Shunsuke Ohtani;Kazuo Tanaka;Hiroshi Imahori;小柳津研一
通讯作者：
小柳津研一

エネルギー貯蔵を担う機能性高分子の開拓と実践的MIによる展開

通过实用的 MI 开发负责能量存储和开发的功能聚合物