ウラン・レドックスフロー電池活物質の分子設計手法による創製

利用分子设计方法创建铀氧化还原液流电池活性材料

• 批准号: 13780402
• 负责人: 山村 朝雄
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13780402/
• 关键词: ウラン・レッドクスフロー電池; 高エネルギー効率; 高速の電極反応; テトラケトン配位子; ウラン錯体; ウラン・レドックスフロー電池; バナジウム; 赤外分光電気化学

ウラン・レドックスフロー電池とは、ウランが二組の可逆の酸化還元対を持つことに着目して我々が提案した、自然エネルギーの出力平滑化のための電力貯蔵用電池である。ウランのIII価からVI価の4つの酸化状態が安定であるためには非プロトン性溶媒を用いる必要があり、高いエネルギー効率のためには高い溶解度と高速で可逆の電極反応が必要である。この条件を満たす優れたウラン電池活物質の創製のためには、ウランのIII価からVI価の4つの酸化状態での錯形成を安定化する必要がある。以上の目的で設計・合成した二種類のテトラケトン配位子は、いずれも1:1あるいは2:1の比率でウランのVI価およびIV価のイオンとの安定な錯体を調製することができた。元素分析の結果によれば、テトラケトン配位子をH_2L、溶媒和分子をSと書けば、ウランVI価錯体はUO_2L.S、ウランIV価錯体はUL_2.Sとの構造と同定できた、これらの錯体のジメチルホルムアミド(DMF)およびジメチルスルホキシド(DMSO)の溶液中での炭素電極上での電極反応をサイクリックボルタンメトリーにより検討したところ、テトラケトン錯体では正極反応(VI価/V価)および負極反応(IV価/III価)のいずれの酸化還元反応も配位子の解離・会合のない可逆なものとなることが判明した。このような検討の結果、両極にDMSO/DMF=50/50(v/v)の溶媒を用い、正極にUO2L.れば、同一の溶媒・配位子を用いた電池が実現可能であることも明らかとなった。このように、テトラケトン錯体はウラン電池の優れた活物質と期待できることが判明し、またこのような手法はすぐれた電池活物質の創製のひとつの手段となりうることを示すことができた。

Two groups of reversible acidizing and reducing elements are used to smooth the output of electric power storage batteries. It is necessary to use a non-volatile solvent in the acidified state, high solubility, high speed, and reversible electrode reaction. These conditions are necessary for the creation of active substances in batteries and for the stabilization of their acidified state. The above objective is to design and synthesize two kinds of stable ligands in a ratio of 1:1 to 2:1. The results of elemental analysis include the structural identity of the ligand H_2L, solvent and molecule H_2L, solvent VI and UO_2L.S, solvent IV and UL_2.S. The structural identity of the ligand H_2L, solvent IV and UL_2.S is determined. The structural identity of the ligand H_2L, solvent IV and UL_2.S is determined. The structural identity of the ligand H_2L, solvent IV and UL_2.S is determined. The dissociation and convergence of the acid-reducing ligand in the electrode reaction (VI/V) and the electrode reaction (IV/III) were identified. As a result of this study, the electrode DMSO/DMF=50/50(v/v) solvent, electrode UO2L., the same solvent and ligand can be used in the cell. The method of creating a battery active substance is shown in the figure below.

项目成果

金聖潤, 水岡, 水口浩司, 山村朝雄, 塩川佳伸, 富安博, 池田泰久: "Electrochemical Studies on [U(dmso)_9]^<4+> and [UO_2(dmso)_5]^<2+> (dmso=dimethyl sulfoxide) Complexes in DMSO"J. Nucl. Sci. Technol.. Suppl.3. 441-444 (2002)

Jun Kim、Mizuoka、Koji Mizuguchi、Asao Yamamura、Yoshinobu Shiokawa、Hiroshi Tomiyasu、Yasuhisa Ikeda：“[U(dmso)_9]^<4+> 和 [UO_2(dmso)_5]^<2+> 的电化学研究（ dmso = 二甲亚砜）DMSO 中的配合物“J. Nucl. Sci. Technol.. Suppl.3. 441-444 (2002)

金聖潤, 水岡, 水口浩司, 山村朝雄, 塩川佳伸, 富安博, 池田泰久: "Electrochemical Studies on [U(dmso)_9]^<4+>and [UO_2(dmso)_5]^<2+>(dmso = dimethyl sulfoxide) Complexes in DMSO"J. Nucl. Sci. Technol.. (in press).

Jun Kim、Mizuoka、Koji Mizuguchi、Asao Yamamura、Yoshinobu Shiokawa、Hiroshi Tomiyasu、Yasuhisa Ikeda：“[U(dmso)_9]^<4+> 和 [UO_2(dmso)_5]^<2+>( 的电化学研究dmso = 二甲基亚砜）在 DMSO 中的复合物“J. Nucl. Sci. Technol..（出版中）。

山村朝雄, 塩川佳伸, 山名元, 森山裕丈: "Electrochemical investigation of uranium β-diketone complexes in polar aprotic organic solvents for redox flow battery"Electrochim. Acta. 48. 43-50 (2002)

Asao Yamamura、Yoshinobu Shiokawa、Hajime Yamana、Hirotake Moriyama：“用于氧化还原液流电池的极性非质子有机溶剂中的铀 β-二酮配合物的电化学研究” Acta 48. 43-50 (2002)。

山村朝雄, 塩川佳伸, 池田泰久, 富安博: "Electrochemical investigation of tetravalent uranium β-deketones for active materials of all-uranium redox flow battery"J. Nucl. Sci. Technol.. Suppl.3. 445-448 (2002)

Asao Yamamura、Yoshinobu Shiokawa、Yasuhisa Ikeda、Hiroshi Tomiyasu：“全铀氧化还原液流电池活性材料四价铀β-酮的电化学研究”J. Nucl.. Sci. 445-448。 ）

山村朝雄, 塩川佳伸, 山名元, 守山裕丈: "Electrochemical investigation of uranium β-diketone complexes in polar aprotic organic solvents for redox flow battery"Electrochim. Acta. (in press).

Asao Yamamura、Yoshinobu Shiokawa、Hajime Yamana、Hirotake Moriyama：“用于氧化还原液流电池的极性非质子有机溶剂中的铀 β-二酮配合物的电化学研究”Acta。