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【特集】有機材料が拓くレアメタルフリー二次電池の開発と応用

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新規有機系二次電池材料の開発と電池性能評価　　　
Development and Cell Performance Evaluation of New Organic Rechargeable Batteries Materials

　有機系電池材料の中でも, ジスルフィド・ポリスルフィド系は, 成分に含まれる有機基は示す機能によって高容量かつ高耐久性を有する二次電池を創製する可能性を有している。この材料が電池の充放電時の性能を改善する因子として, 化学的に寄与する有機基や, 電解液への溶解性抑制などの物理的に寄与する導電性付与材の効果についてまとめた。

【目次】
1. はじめに
2. 高容量正極材料の設計指針
3. 高容量およびロック挙動を示す正極活物質の設計と合成
4. 有機系二次電池材料の耐久性改善に関する設計指針
5. 高容量およびロック挙動を示す正極活物質の設計と合成
6. 今後の求められる機能と可能性

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二次電池用活物質としてのキノン系有機材料
Quinone Derivatives as Electrode Active Materials for Use in Rechargeable Batteries

　多電子移動型の酸還元反応を示す有機材料を二次電池の電極材料に用いることで, 電池に使われるレアメタルの使用量を大幅に低減できる上に, 電池の高容量化にも繋がる。本稿では, 電極材料としてキノン類をリチウム二次電池やナトリウム二次電池, さらにはマグネシウム二次電池に適用した研究例を概説し, 加えて今後の課題や展望を述べる。

【目次】
1. はじめに
2. 有機材料の酸化還元を利用したリチウム二次電池
2.1　従来の高分子系電極材料
2.2　低分子性キノンを用いたリチウム二次電池
3. ナトリウム二次電池, マグネシウム二次電池への応用
4. 課題と展望

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ケイ素材料の二次電池への応用
Application of Silicon Materials to Secondary Batteries

　ケイ素はスーパーな元素である。太陽電池からIT産業, 医療機器, 宇宙産業など, 現代社会のあらゆるところにケイ素製品は使われている。ケイ素元素は発電, 蓄電, ITなどのエネルギー問題と密接に関係しており, その潜在的蓄電容量は4,200mAh g-1とグラファイトの10倍以上の蓄電能力を有している。しかし, 金属ケイ素を負極活物質に用いた場合, 結晶構造の破壊に伴い, サイクル特性が低く, 容量保持率も悪い。本稿では, 筆者らの研究を中心にケイ素負極活物質を用いたケイ素材料の二次電池への応用について述べる。

【目次】
1. はじめに
2. ケイ素負極活物質
3. ケイ素(Si)ラジカル負極材料
4. 高起電力を有する両極有機ラジカル二次電池への展開
5. ポリシリン負極材料
6. 層状ポリシラン負極材料
7. アニオン二次電池
8. まとめ

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有機硫黄を正極に用いた次世代マグネシウム電池の開発
Development of Next Generation Magnesium Battery Using Organic Sulfur Cathode

　資源豊富なマグネシウムを負極材料に用いることで, 体積エネルギーが高く, 安価な次世代二次電池の開発が可能となる。筆者らは, 正極材料に硫黄を用いることでさらなる高容量化が達成できると考え, 硫黄を有機物で修飾した「有機硫黄」を開発し, そのマグネシウム電池への応用について研究した。

【目次】
1. はじめに
2. マグネシウム電池の開発状況
3. 正極活物質における硫黄の魅力
4. マグネシウム-硫黄二次電池の展開
5. 有機硫黄の合成および物性
6. Mg-S電池の電気化学評価
7. おわりに

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ベンゾキノン系有機正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池の開発
Rechargeable Lithium-Ion Batteries Using Benzoquinones as the Cathode Active Materials

　種々のベンゾキノン(BQ)誘導体を正極活物質として用いたリチウムイオン電池を作製し, その性能を評価した。BQ骨格に電子求引性置換基や立体的に大きな置換基を導入すると, それぞれ出力電位が上昇することや, サイクル特性が向上することを見出した。また, BQを二量化したダイマー(BBQ)も優れたサイクル特性を示すことが分かった。

【目次】
1. はじめに
2. 電池性能に及ぼすBQ置換基の電子的効果
3. 電池性能に及ぼすBQ置換基の立体的効果
4. ハロゲンを導入したBQを用いた二次電池の特性
5. ベンゾキノン二量化によるサイクル特性の向上
6. おわりに

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水酸基を有する芳香族化合物を正極活物質に用いた有機二次電池
Aromatic Compounds with Hydroxyl Groups for Cathode Materials of Rechargeable Batteries

　二次電池内での酸化反応を利用する新しい手法により, 入手の容易な試薬から二次電池用有機正極活物質を得た。その結果, 1C充放電100サイクル時点で200mAh/g(活物質あたり)以上の比容量を示す化合物を見出したので紹介する。加えて, 1Cおよび10C充放電において比容量がそれぞれ400mAh/g, 200mAh/gを示す活物質についても紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 充放電機構の種類
3. 水酸基を有した芳香族系化合物
4. 電池の作製と充放電試験
5. 充放電試験結果
6. 充放電機構の確認
7. さらなる高容量化, 高出力化
8. おわりに

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[連載] バイオプラスチックを巡って

第8回:普及に向けた国の取り組み, および民間側の活動(経緯および現状)-その2

　バイオプラスチック(BP)の開発・普及に取り組む地方自治体, 学会, および民間団体などの活動状況について現状を概観する。自治体の中では独自の取り組みが進んでいる岡山県と八女市(福岡県)を, また民間側の団体として, 日本バイオプラスチック協会(JBPA), 日本有機資源協会(JORA), および日本バイオマス製品推進協議会(JSBI)の活動概要を紹介した。

【目次】
1. 自治体, および民間の取り組み
1.1　自治体の取り組み
1.1.1　岡山県
1.1.2　八女市
1.2　学会における取り組み
1.3　民間団体による取り組み
1.3.1　日本バイオプラスチック協会(JBPA, Japan BioPlastics Association)
1.3.2　日本有機資源協会(JORA,Japan Organic Recycling Association)
1.3.3　日本バイオマス製品推進協議会(JSBI,Japan Society of Biomass Industries)

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[ケミカルプロフィル]

トリメチルアルミニウム(Trimethyl aluminum)
六フッ化リン酸リチウム(Lithium hexafluorophosphate)

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[ニュースダイジェスト]

・海外編
・国内編