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

导电聚合物-氧化还原活性有机小分子复合材料的制备及其在高容量储能器件中的应用

基本信息

批准号：
16J03122
负责人：
佐藤宏亮
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

計画の三年目においては、 “導電性高分子-レドックス活性有機低分子複合体の組成を制御し、前年度までの形態制御と組み合わせることで、より高容量な複合体電極を作製すること”が計画の大綱であった。実際の進捗として、年間目標のうち、物質系の選定の基礎となる反応電位差の大きい二組の活物質の探索、および二極測定の測定条件の確立までを達成できた。実用に近いデバイスとしての評価には至らなかったものの、有機材料の組み合わせによって高出力な蓄電素子の設計が可能であることを示した。また、採用二年目において課題であった、有機酸化剤結晶上で生成した導電性高分子を利用した複合体電極材料において電気化学特性が向上する要因について、より詳細な研究を行った。本研究において新規に報告した、有機酸化剤を反応性テンプレートとして導電性高分子を重合し複合する手法について、大きな進捗があった。平滑性が高く還元電位の低い結晶であるテトラブロモ-1,4-ベンゾキノンを用いることで、結晶表面にポリピロール(PPy)ナノシートを厚さ数nmから100 nm程度まで制御して合成することに成功した。このような手法を通じて形成されるナノシートは極めて高い異方性を有し、集積膜や単層膜の構成材料として、従来知られる二次元材料と類似した性質を有することが分かった。このPPyナノシートは有機酸化剤がドーパントとして機能することから高い導電率を示し、レドックスキャパシタの電極として良好な特性を示した。このような手法で合成されるPPyの高い特性が、本研究を通して報告してきた導電性高分子/有機結晶複合体において観測された電気化学特性の向上の要因であることを解明した。この導電性高分子ナノシートの合成手法について、国際学会での発表および公刊学術論文により報告した。

在计划的第三年中，该计划是“控制导电聚合物 - 雷克斯活性有机小分子复合物的组成，并通过将其与上一年的形态控制结合使用，从而创建高容量的复合电极。”从年度目标中实现了实际进度，包括搜索两组具有较大反应潜在差异的活性材料，这是选择材料系统的基础，并确定双极测量的测量条件。尽管未作为接近实际用途的设备进行评估，但已显示可以通过组合有机材料来设计高功率存储元件。此外，在采用的第二年，对使用有机氧化剂晶体形成的导电聚合物改善复合电极材料中的电化学性能的因素进行了更详细的研究，这是一个挑战。这项研究中的一份新报告在使用有机氧化剂作为活性模板的聚合和组合聚合物的方法中取得了长足的进步。通过使用具有高光滑度且低还原电位的晶体中的四元元素酮，我们在晶体表面上成功合成了多吡咯（PPY）纳米片，厚度为几nm至约100 nm。已经发现，通过该方法形成的纳米片具有极高的各向异性，并且具有与常规已知的二维材料作为集成膜和单层膜的组成材料相似的特性。由于有机氧化剂充当掺杂剂，这种PPY纳米片具有高电导率，并表现出良好的特性作为氧化还原电容器的电极。已经澄清的是，使用此方法合成的PPY的高性质是改善在整个研究中报告的导电聚合物/有机晶体复合物中观察到的电化学特性的因素。日本国际学会的演讲中报道了该导电聚合物纳米片的合成方法，并发表了学术论文。