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。

We have continued to work on the concept of "bistability," a basic idea regarding the design of polymers that exhibit the accumulation functions of secondary energy such as electricity and hydrogen, in line with the policy of establishing "organic energy material chemistry," which will serve as innovative energy conversion functions, by expanding the concept of "bistability," which is a fundamental concept regarding the design of polymers that exhibit secondary energy storage functions such as electricity and hydrogen,同时还结合了实用的MI方法。关键字“双态性”是指电储存材料中的氧化和还原态，以及氢储存材料中氢加合物的化学稳定性和消除体的化学稳定性。为了证明功率存储函数，不仅要减少可逆分子水平氧化，而且还必须用厚材料实现双重性。通过将电荷积累的概念应用于氢存储中，并提供氢加合物和消除剂的持续性，可以将新的氢载体聚合物接一个地创建。今年，我们专注于建立基于氧化还原重量和质量氢密度的分子设计，这有助于提高储能密度，并创建混凝土聚合物。由于基于双重性的分子设计无法得出与功率密度相关的调节器，因此我们旨在建立有效的手段和想法来改善产出。下面给出了概述。为了阐明能量转化物质中输出（功率密度）所涉及的因素，我们使用活性位点上的电极反应速率常数和自电子交换的二级反动速率常数阐明了基于所谓的平均场近似的分子设计方法。例如，许多具体的例子表明，为了达到高功率密度（超过10,000 w/kg，超过100倍LIB），这是有机次级电池的潜在优势，使用具有较大电极反应速率常数的氧化还原座极有效。此外，迄今为止，氢载体聚合物的响应已经花费了几个小时，并且提高与功率密度相关的速率特征是一个挑战，但是通过将indanone/indanol作为反应位点，即使在轻度条件下，也至少达到了10倍。

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

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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Jeon Jihun;Doi Kiyotaka;Kim Hyung Do;Ogawa Hiroki;Takenaka Mikihito;Ohkita Hideo;小柳津研一
通讯作者：
小柳津研一

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

Poly(vinyl diphenylquinoxaline) as a hydrogen storage material toward rapid hydrogen evolution

聚（乙烯基二苯基喹喔啉）作为储氢材料可实现快速析氢