Formation of disulfide bonds by photooxidation at solid-liquid interface and application to photocharged secondary batteries

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外部充電不要な小型電子機器が実現すれば、情報通信技術（ICT）やIoT機器の利便性、メンテナンス性が飛躍的に向上する。現在、太陽電池と二次電池とを組み合わせた電子機器は存在するが、機器が大型化し、携帯型電子機器への応用は困難である。本研究の目的は、外部電源がなくても使用可能な小型電子機器の実現に向け、光による充電機能を有する二次電池正極材料を開発し、光充電できる電池を作製することである。具体的には、ジチオビウレット（DTB）をベースとした有機硫黄材料のジスルフィド結合（S-S結合）の電気化学的充放電（酸化還元）、光充電（酸化）について多様な分析手法を駆使し、（１）高効率光酸化条件の決定、（２）電池セル内光化学反応の機構解明、（３）外部充電不要な光充電の作製、のステップで研究を進める。初年度（2021年度）は、硫黄含有分子を集電材に塗布するためのスラリー（正極活物質、導電助剤、バインダ、溶媒の混合物）作製のために、材料混合用の粉砕機を設備備品として購入した。粉砕機の粉砕強度、粉砕時間により正極電極性能が大きく異なることが明らかになり、その最適化を行い、標準試料となる無機物質においては理論値通りの容量を示す正極シートの作製に成功した。研究対象となる有機活物質においては、低い伝導性の問題を回避するために導電助剤の割合を多くする必要があるが、それにより、粉砕・混合がされにくいことも明らかになった。また、ガラス製セル、窓付きセルの２種類の光照射可能なセルにおいて、標準的な材料を用いた電池作製技術を構築した。2022年度は、有機活物質におけるスラリー作製条件の最適化と正極の電気化学的性質の評価を第一に行い、電池動作の確認をした。さらに、材料のラマン散乱による評価が有効的であることを確認し、セル内の電極状態の観察を可能とする配置を確立した。