高効率な熱化学電池に向けた超分子開発と温度応答性制御

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今年度は、低温で沈殿し高温で溶解するアルコールを用いることで、クロラニル (CA) 系熱化学電池のSeを最大10.7 mV/Kまで向上させた。昨年度では、水素結合ドナーとしてエタノールを利用したクロラニル系熱化学電池にて2.6 mV/Kを報告した。この系では、還元体CA2－に対する選択的な水素結合の形成-解離の温度応答性によって高Seを獲得した。さらに申請者は、温度によるアルコールの濃度依存性を引き起こすことで、更なるSeの向上を目指した。既報の論文ではアルコールの濃度増加に応じてクロラニルの電位が正方向に大きくシフトすることが報告されている。しかし、これまで使用していたアルコールであるエタノールは、温度に関わらず常にアセトニトリル溶媒に溶解している。そこで申請者は、長鎖のアルキル鎖を導入したアルコールを利用することで、アセトニトリル溶媒に対する溶解度を調節し、低温で沈殿し、高温で溶解する現象を見出した。まずは、溶解度の温度依存性を濁度測定により確認し、溶解度曲線を作成した。さらに、長鎖アルコールを含むクロラニル系熱化学電池の作製し、アルコール濃度が急激に増大する温度域でSe = 10.7 mV/Kを記録した。電圧向上を解析するために、アルコール添加による電位シフトを矩形波ボルタンメトリーによって測定した。この測定により、アルコール濃度増加による電位シフトがSe向上に起因することがわかった。今後はアルキル鎖の鎖長依存性を測定することで使用温度範囲を広げたり、熱化学電池の時間寿命を測定することで、デバイス性能評価を行いたい。