JP2023133170A - Viologen derivative with regular structure, and redox flow battery including the same - Google Patents

Viologen derivative with regular structure, and redox flow battery including the same Download PDF

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Takashi Funaki
昭博 大平
Akihiro Ohira
縁 佐藤
Yasu Sato
英司 細野
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Abstract

To provide a compound with high solubility for use in an active material of a redox flow battery, and further provide a redox flow battery that includes the compound and exhibits significantly reduced capacity loss due to crossover.SOLUTION: A viologen derivative is represented by general formula (I) (where Ar is a substituted or unsubstituted aryl group, a substituted or unsubstituted heteroaryl group, or a bipyridinium group, a is an integer of 0 or 1, b is an integer of 0-5, c is an integer of 1-6, d is an integer of 1-5, e is an integer of 1-6, n is an integer required to maintain the molecular electrical neutrality, X is a counter anion, and Y is a hydrophilic substituent).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、レドックスフロー電池の性能を向上するための機能性材料、及びそれを用いた電気化学デバイスに関するものである。 The present invention relates to a functional material for improving the performance of a redox flow battery, and an electrochemical device using the same.

太陽光や風力など再生可能エネルギーの主力電源化のためには、それらを利用する発電システムの大量導入だけでなく高性能な蓄電池(二次電池)も導入し、絶えず変動する出力を調整する必要がある。しかしながらコスト・安全性・資源的側面を満たす高性能な蓄電池の開発は十分とは言えず、大規模な導入にはいたっていない。レドックスフロー電池は長寿命であり安全性や設計自由度も高いことから再生可能エネルギーの平準化手段の一つとして有力視されている。しかしながら、エネルギー密度の向上や更なる低コスト化の課題がある。 In order to make renewable energies such as solar and wind power the main power sources, it is necessary not only to introduce a large number of power generation systems that use them, but also to introduce high-performance storage batteries (secondary batteries) to adjust the constantly fluctuating output. There is. However, the development of high-performance storage batteries that meet cost, safety, and resource considerations has not been sufficient, and large-scale implementation has not yet been achieved. Redox flow batteries have a long life, safety, and high degree of freedom in design, so they are considered to be a promising means of leveling out renewable energy. However, there are challenges in improving energy density and further reducing costs.

レドックスフロー電池は、1970年代にNASAが開発に成功した電池である。開発当初は、鉄/クロム系が主流であったが、正・負電解液が隔膜を通して混合するクロスオーバーにより電池の容量が低下してしまう欠点があり開発がうまく進まなかった。1985年にバナジウム系が報告されると現在はこの系が主流となり、一部で実用化が進んでいる。しかしながら、バナジウム系は今後の大規模な導入を考えた場合、資源的な制約による低コスト化に課題が残ると言われており、大規模な導入に向けた新たな電解液の開発が世界中で盛んに行われている。近年では無機系の金属イオンの代わりに有機化合物を用いる報告が数多くなされている。有機化合物の場合、正・負極の両極で生じる酸化還元電位を広げてエネルギー密度を向上するために、正極と負極で異なる構造の化合物が一般的に用いられている。 A redox flow battery is a battery that was successfully developed by NASA in the 1970s. At the beginning of development, iron/chromium systems were the mainstream, but development did not proceed smoothly because of the drawback that the cross-over of positive and negative electrolytes mixing through a diaphragm reduced the capacity of the battery. Since the vanadium type was reported in 1985, this type has now become mainstream and is being put into practical use in some areas. However, when considering the large-scale introduction of vanadium-based electrolytes in the future, it is said that there remains a problem in cost reduction due to resource constraints, and the development of new electrolytes for large-scale introduction is underway all over the world. It is actively carried out in In recent years, there have been many reports on the use of organic compounds instead of inorganic metal ions. In the case of organic compounds, compounds with different structures for the positive and negative electrodes are generally used in order to widen the redox potential generated at both the positive and negative electrodes and improve energy density.

しかしながら、その場合、容量低下を引き起こすクロスオーバーを抑制する必要がある。その方法の一つとして、高分子化した化合物やベーテ格子あるいはケイリー樹の一部を形成する構造を含む化合物を用いる報告例があるが(非特許文献1、2、及び特許文献1)、十分な溶解度の確保が困難であることや、酸化還元に伴う分子の凝集による析出が避けられないといった理由から、結果的にバナジウム系のエネルギー密度を超えるのは難しいのが現状である。このような背景から、凝集を回避できる程の高い溶解度とクロスオーバー抑制の二つの機能を併せ持つ新たな材料の開発が求められている。 However, in that case, it is necessary to suppress crossover that causes a reduction in capacity. As one of the methods, there are reports using polymerized compounds and compounds containing a structure that forms part of a Bethe lattice or a Cayley tree (Non-Patent Documents 1 and 2, and Patent Document 1); At present, it is difficult to exceed the energy density of vanadium-based materials due to the difficulty of ensuring sufficient solubility and the unavoidable precipitation due to aggregation of molecules associated with redox. Against this background, there is a need for the development of new materials that have the dual functions of high solubility to avoid agglomeration and crossover suppression.

T.Janoschka,N.Martin,U.Martin,C.Friebe,S.Morgenstern,H.Hiller,M.D.Hager and U.S.Schubert,Nature 2015,527,78-81.T. Janoschka, N. Martin, U. Martin, C. Friebe, S. Morgenstern, H. Hiller, M. D. Hager and U. S. Schubert, Nature 2015, 527, 78-81. T.Hagemann,J.Winsberg,M.Grube,I.Nischang,T.Janoschka,N.Martin,M.D.Hager,U.S.Schubert,J.Power Sources 2018,378,546-554.T. Hagemann, J. Winsberg, M. Grube, I. Nishang, T. Janoschka, N. Martin, M. D. Hager, U. S. Schubert, J. Power Sources 2018, 378, 546-554.

特開2020-170697号公報Japanese Patent Application Publication No. 2020-170697

本発明は、従来の技術における上記した状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、レドックスフロー電池の活物質に用いる溶解度の高い化合物を提供し、さらにはこの化合物を用いたクロスオーバーによる容量低下が大幅に低減されたレドックスフロー電池を提供することを課題とする。 The present invention was made in view of the above-mentioned situation in the prior art, and its purpose is to provide a compound with high solubility for use as an active material of a redox flow battery, and furthermore, to provide a compound with high solubility for use as an active material of a redox flow battery, and furthermore, to An object of the present invention is to provide a redox flow battery in which capacity reduction is significantly reduced.

本発明者等は、上記の課題を解決するために鋭意検討を行った。その結果、ビオローゲン誘導体を規則的に配列し、かつ分子末端に親水性の置換基を導入した化合物をレドックスフロー電池の活物質に用いることにより上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成した。すなわち、本発明の一実施形態は、一般式(I):
The present inventors conducted extensive studies to solve the above problems. As a result, they discovered that the above problems can be solved by using a compound in which viologen derivatives are regularly arranged and a hydrophilic substituent is introduced at the end of the molecule as an active material for a redox flow battery, and the present invention has been completed. That is, one embodiment of the present invention has general formula (I):

(式中、Arは、置換若しくは未置換のアリール基、置換若しくは未置換のヘテロアリール基、又はビピリジニウム基であり、aは0又は1の整数であり、bは0~5の整数であり、cは1~6の整数であり、dは1~5の整数であり、eは1~6の整数であり、nは分子の電気的中性を保つために必要な整数であり、Xはハロゲンアニオン、BF 、PF 、ClO 、SO 2-、NO 、N(CFSO 、CFSO 、及びCFCO からなる群より選択されるカウンターアニオンであり、Yはヒドロキシ基、アルキルアンモニウム基、スルホン酸基、ホスホン酸基、リン酸基、カルボキシ基、ホウ酸基、及びこれらの塩に相当する基からなる群より選択される親水性の置換基である。)で表されるビオローゲン誘導体である。 (wherein, Ar is a substituted or unsubstituted aryl group, a substituted or unsubstituted heteroaryl group, or a bipyridinium group, a is an integer of 0 or 1, b is an integer of 0 to 5, c is an integer of 1 to 6, d is an integer of 1 to 5, e is an integer of 1 to 6, n is an integer necessary to maintain the electrical neutrality of the molecule, and X is an integer of 1 to 6. From the group consisting of halogen anions, BF 4 - , PF 6 - , ClO 4 - , SO 4 2- , NO 3 - , N(CF 3 SO 2 ) 2 - , CF 3 SO 3 - , and CF 3 CO 2 - Y is a counter anion selected from the group consisting of a hydroxy group, an alkylammonium group, a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, a phosphoric acid group, a carboxy group, a boric acid group, and a group corresponding to a salt thereof. It is a viologen derivative represented by the following hydrophilic substituent.

好ましい実施形態において、一般式(I)における置換アリール基、又は置換ヘテロアリール基の置換基が、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アミノ基、アルコキシ基、ハロアルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルホニルアミノ基、スルファモイル基、カルバモイル基、アルキルチオ基、アリールチオ基、スルホニル基、ハロゲン原子、シアノ基及びヘテロ環基からなる群から選択される基である、ビオローゲン誘導体である。他の実施形態では、Arが、未置換のアリール基、未置換のヘテロアリール基又はビピリジニウム基であってもよい。好ましい実施形態では、Arは、フェニル基、ビピリジニウム基、ピラジニウム基又はトリアジニウム基等が挙げられる。 In a preferred embodiment, the substituent of the substituted aryl group or substituted heteroaryl group in general formula (I) is an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, an amino group, an alkoxy group, a haloalkoxy group, or an aryloxy group. , acyl group, alkoxycarbonyl group, aryloxycarbonyl group, acyloxy group, acylamino group, alkoxycarbonylamino group, aryloxycarbonylamino group, sulfonylamino group, sulfamoyl group, carbamoyl group, alkylthio group, arylthio group, sulfonyl group, halogen The viologen derivative is a group selected from the group consisting of atoms, cyano groups, and heterocyclic groups. In other embodiments, Ar may be an unsubstituted aryl group, an unsubstituted heteroaryl group, or a bipyridinium group. In a preferred embodiment, Ar is a phenyl group, a bipyridinium group, a pyrazinium group, a triazinium group, or the like.

さらに好ましい実施形態では、一般式(I)で表されるビオローゲン誘導体が、下記式(II)~(IX)の何れかで表される化合物である。
In a further preferred embodiment, the viologen derivative represented by the general formula (I) is a compound represented by any of the following formulas (II) to (IX).

本発明の他の側面において、上記何れかのビオローゲン誘導体を備える電気化学デバイスが提供される。この電気化学デバイスは、レドックスフロー電池又はレドックスキャパシタであることが好ましい。 In another aspect of the present invention, an electrochemical device comprising any of the viologen derivatives described above is provided. Preferably, the electrochemical device is a redox flow battery or a redox capacitor.

本発明によれば、レドックスフロー電池の活物質に用いる新規な化合物が提供される。さらに、この化合物を用いたクロスオーバーによる容量低下が大幅に低減されたレドックスフロー電池を提供することができる。 According to the present invention, a novel compound for use in an active material of a redox flow battery is provided. Furthermore, it is possible to provide a redox flow battery using this compound in which capacity reduction due to crossover is significantly reduced.

図1は、本発明の一実施形態のレドックスフロー電池の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a redox flow battery according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の他の実施形態にかかるレドックスフロー電池の小型試験セルの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a small test cell of a redox flow battery according to another embodiment of the invention. 図3は、クロスオーバー試験に用いた装置の模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of the apparatus used in the crossover test. 図4は、クロスオーバー試験の結果を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the results of the crossover test.

次に、本発明の各実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、各実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Next, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that each embodiment described below does not limit the claimed invention, and all of the various elements and combinations thereof described in each embodiment are the solution of the present invention. is not necessarily required.

本発明の一実施形態に係るビオローゲン誘導体は、
一般式(I):
The viologen derivative according to one embodiment of the present invention is
General formula (I):

(式中、Arは、置換若しくは未置換のアリール基、置換若しくは未置換のヘテロアリール基、又はビピリジニウム基であり、aは0又は1の整数であり、bは0~5の整数であり、cは1~6の整数であり、dは1~5の整数であり、eは1~6の整数であり、nは分子の電気的中性を保つために必要な整数であり、Xは、カウンターアニオン(ハロゲンアニオン(F、Cl、Br、I)、BF 、PF 、ClO 、SO 2-、NO 、N(CFSO 、CFSO 、CFCO )であり、Yは、親水性の置換基(ヒドロキシ基、アルキルアンモニウム基、スルホン酸基、ホスホン酸基、リン酸基、カルボキシ基、若しくはホウ酸基、又はこれらの塩に相当する基)である。)で表されるビオローゲン誘導体であって、種々の化合物となることが出来る。本実施形態のビオローゲン誘導体は、負極電解液において、少なくとも一種を導入することができ、複数種を導入することも可能である。 (wherein, Ar is a substituted or unsubstituted aryl group, a substituted or unsubstituted heteroaryl group, or a bipyridinium group, a is an integer of 0 or 1, b is an integer of 0 to 5, c is an integer of 1 to 6, d is an integer of 1 to 5, e is an integer of 1 to 6, n is an integer necessary to maintain the electrical neutrality of the molecule, and X is an integer of 1 to 6. , counter anions (halogen anions (F , Cl , Br , I ), BF 4 , PF 6 , ClO 4 , SO 4 2− , NO 3 , N(CF 3 SO 2 ) 2 , CF 3 SO 3 , CF 3 CO 2 ), and Y is a hydrophilic substituent (hydroxy group, alkylammonium group, sulfonic acid group, phosphonic acid group, phosphoric acid group, carboxy group, or boric acid group). or a group corresponding to a salt thereof), and can be a variety of compounds. At least one type of viologen derivative of this embodiment can be introduced into the negative electrode electrolyte, and it is also possible to introduce a plurality of types.

1つの実施形態において、上記一般式(I)におけるArは、未置換のアリール基、未置換のヘテロアリール基、又はビピリジニウム基である。ここで、用語「アリール」とは、炭素数6~14のアリール(C6-14アリール)を意味する。アリール基は、特に限定されないが、例えばフェニル、ナフチル、又はオルト融合した二環式の基で8~10個の環原子を有し少なくとも一つの環が芳香環であるもの(例えばインデニル等)等が挙げられる。eが1~6の整数であることから、アリール基は、1~6価の基であり得、好ましくは1~3価、より好ましくは3価の基である。 In one embodiment, Ar in the above general formula (I) is an unsubstituted aryl group, an unsubstituted heteroaryl group, or a bipyridinium group. Here, the term "aryl" means an aryl having 6 to 14 carbon atoms (C 6-14 aryl). Aryl groups are not particularly limited, but include, for example, phenyl, naphthyl, or ortho-fused bicyclic groups having 8 to 10 ring atoms and at least one ring being an aromatic ring (such as indenyl). can be mentioned. Since e is an integer of 1 to 6, the aryl group may be a monovalent to hexavalent group, preferably a monovalent to trivalent group, more preferably a trivalent group.

また、用語「ヘテロアリール」とは、環原子として炭素原子以外に窒素原子、硫黄原子及び酸素原子から選択される1~3種のヘテロ原子を1から4個含有する5~7員の芳香族複素環(単環式)基を意味し、例えば、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジン、ピロール、チオフェン、フラン、イミダゾール、ピラゾール、チアゾール、イソチアゾール、オキサゾール、イソオキサゾールなどに由来する1~6価の基でありうるが、好ましくは1~3価、より好ましくは2価の基である。具体的には、フリル、チエニル、ピロリル、チアゾリル、ピラゾリル、オキサゾリル、イソキサゾリル、イソチアゾリル、イミダゾリル、1,2,4-オキサジアゾリル、1,3,4-オキサジアゾリル、1,2,3-トリアゾリル、1,2,4-トリアゾリル、1,2,4-チアジアゾリル、1,3,4-チアジアゾリル、テトラゾリル、ピリジル、ピリジニウム、ピリミジニル、ピリミジニウム、ピラジニル、ピラジニウム、ピリダジニル、ピリダジニウム、トリアジニル、トリアジニウム、アゼピニル、ジアゼピニル等が挙げられる。また、「ヘテロアリール」には、環原子として炭素原子以外に窒素原子、硫黄原子及び酸素原子から選択される1~3種のヘテロ原子を1から4個含有する5~7員の芳香族複素環がベンゼン環又は上記芳香族複素環(単環式)基に縮合してなる芳香族複素環(2環式又はそれ以上)から誘導される基も含まれ、例えば、インドリル、イソインドリル、ベンゾ[b]フリル、ベンゾ[b]チエニル、ベンゾイミダゾリル、ベンゾオキサゾリル、ベンゾイソオキサゾリル、ベンゾチアゾリル、ベンゾイソチアゾリル、キノリル、イソキノリル等である。 In addition, the term "heteroaryl" refers to a 5- to 7-membered aromatic group containing 1 to 4 heteroatoms of 1 to 3 types selected from nitrogen atoms, sulfur atoms, and oxygen atoms in addition to carbon atoms as ring atoms. Means a heterocyclic (monocyclic) group, for example 1-6 derived from pyridine, pyrazine, pyrimidine, pyridazine, triazine, pyrrole, thiophene, furan, imidazole, pyrazole, thiazole, isothiazole, oxazole, isoxazole, etc. It can be a valent group, preferably a monovalent to trivalent group, more preferably a divalent group. Specifically, furyl, thienyl, pyrrolyl, thiazolyl, pyrazolyl, oxazolyl, isoxazolyl, isothiazolyl, imidazolyl, 1,2,4-oxadiazolyl, 1,3,4-oxadiazolyl, 1,2,3-triazolyl, 1,2 , 4-triazolyl, 1,2,4-thiadiazolyl, 1,3,4-thiadiazolyl, tetrazolyl, pyridyl, pyridinium, pyrimidinyl, pyrimidinium, pyrazinyl, pyrazinium, pyridazinyl, pyridazinium, triazinyl, triazinium, azepinyl, diazepinyl, etc. . In addition, "heteroaryl" refers to a 5- to 7-membered aromatic heteroaromatic compound containing 1 to 4 heteroatoms of 1 to 3 types selected from nitrogen atoms, sulfur atoms, and oxygen atoms in addition to carbon atoms as ring atoms. Also included are groups whose ring is derived from a benzene ring or an aromatic heterocycle (bicyclic or more) fused to the above-mentioned aromatic heterocycle (monocyclic) group, such as indolyl, isoindolyl, benzo[ b]furyl, benzo[b]thienyl, benzimidazolyl, benzoxazolyl, benzisoxazolyl, benzothiazolyl, benzisothiazolyl, quinolyl, isoquinolyl, and the like.

ビピリジニウム基は、特に限定されないが、4,4’-ビピリジニウム、3,3’-ビピリジニウムなどが挙げられる。 The bipyridinium group is not particularly limited, but examples include 4,4'-bipyridinium and 3,3'-bipyridinium.

他の実施形態では、Arは置換基を有してもよく、置換基として好ましくは、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アミノ基、アルコキシ基、ハロアルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルホニルアミノ基、スルファモイル基、カルバモイル基、アルキルチオ基、アリールチオ基、スルホニル基、ハロゲン原子、シアノ基、ヘテロ環基などが挙げられる。置換基としてより好ましくは、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アミノ基、アルコキシ基、アルキルチオ基などが挙げられる。 In another embodiment, Ar may have a substituent, and preferable substituents include an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, an amino group, an alkoxy group, a haloalkoxy group, an aryloxy group, and an acyl group. group, alkoxycarbonyl group, aryloxycarbonyl group, acyloxy group, acylamino group, alkoxycarbonylamino group, aryloxycarbonylamino group, sulfonylamino group, sulfamoyl group, carbamoyl group, alkylthio group, arylthio group, sulfonyl group, halogen atom, Examples include a cyano group and a heterocyclic group. More preferred substituents include alkyl groups, alkenyl groups, alkynyl groups, amino groups, alkoxy groups, and alkylthio groups.

用語「アルキル」とは、通常、炭素数1~15で直鎖状又は分岐鎖状のアルキル(C1-15アルキル)を意味し、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル等が挙げられる。好ましくは、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec-ブチル、tert-ブチルまたはペンチルなどのC1-6アルキルが挙げられ、より好ましくはメチルまたはエチルが挙げられ、最も好ましくはメチルである。また、「アルケニル」とは、例えば直鎖状または分枝鎖状の炭素数2~10のアルケニル(C2-10アルケニル)が挙げられる。具体的には、ビニル、アリル、1-プロペニル、イソプロペニル、メタクリル、ブテニル、クロチル、ペンテニル、ヘキセニル、ヘプテニル、オクテニル、ノネニル、デセニル等である。さらに、「アルキニル」とは、例えば直鎖状または分枝鎖状の炭素数2~10のアルキニル(C2-10アルキニル)が挙げられる。具体的には、エチニル、プロパルギル、ブチニル、ペンチニル、ヘキシニル、ヘプチニル、オクチニル、ノニニル、デシニル等である。さらにまた、「アルコキシ」とは、例えば直鎖状または分枝鎖状の炭素数1~6のアルコキシ(C1-6アルコキシ)が挙げられる。具体的には、メトキシ、エトキシである。また本明細書中、「ハロ-C1-6アルコキシ」としては、一つ以上のハロゲン原子で置換された上記C1-6アルコキシが挙げられる。置換基の炭素数としては、好ましくは炭素数1~6、より好ましくは炭素数1~3である。Arにおける置換基の置換位置は、特に限定されない。 The term "alkyl" usually means a straight or branched alkyl having 1 to 15 carbon atoms (C 1-15 alkyl), such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec. -butyl, tert-butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl and the like. Preferably, C 1-6 alkyl such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl or pentyl is mentioned, more preferably methyl or ethyl is mentioned, most preferably methyl. be. Furthermore, "alkenyl" includes, for example, linear or branched alkenyl having 2 to 10 carbon atoms (C 2-10 alkenyl). Specific examples include vinyl, allyl, 1-propenyl, isopropenyl, methacryl, butenyl, crotyl, pentenyl, hexenyl, heptenyl, octenyl, nonenyl, decenyl, and the like. Furthermore, "alkynyl" includes, for example, linear or branched alkynyl having 2 to 10 carbon atoms (C 2-10 alkynyl). Specifically, they include ethynyl, propargyl, butynyl, pentynyl, hexynyl, heptynyl, octynyl, nonynyl, decynyl, and the like. Furthermore, "alkoxy" includes, for example, linear or branched alkoxy having 1 to 6 carbon atoms (C 1-6 alkoxy). Specifically, they are methoxy and ethoxy. Further, in the present specification, "halo-C 1-6 alkoxy" includes the above-mentioned C 1-6 alkoxy substituted with one or more halogen atoms. The number of carbon atoms in the substituent is preferably 1 to 6, more preferably 1 to 3. The position of the substituent in Ar is not particularly limited.

Xは、カウンターアニオンであり、フッ化物イオン(F)、塩化物イオン(Cl)、臭化物イオン(Br)、ヨウ化物イオン(I)、テトラフルオロホウ酸イオン(BF )、ヘキサフルオロリン酸イオン(PF )、過塩素酸イオン(ClO )、硫酸イオン(SO 2-)、硝酸イオン(NO )、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオン(N(CFSO )、ビス(パーフルオロエタンスルホニル)イミドイオン(N(CSO )、(パーフルオロエタンスルホニル)(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオン(N(CSO)(CFSO)、メタンスルホン酸イオン(CHSO )、トリフルオロメタンスルホン酸イオン(CFSO )、パーフルオロエタンスルホン酸イオン(CSO )、ぎ酸イオン(HCO )、酢酸イオン(CHCO )、トリフルオロ酢酸イオン(CFCO )、パーフルオロプロピオン酸イオン(CCO )等が挙げられる。 X is a counter anion, fluoride ion (F ), chloride ion (Cl ), bromide ion (Br ), iodide ion (I ), tetrafluoroborate ion (BF 4 ), Hexafluorophosphate ion (PF 6 ), perchlorate ion (ClO 4 ), sulfate ion (SO 4 2− ), nitrate ion (NO 3 ), bis(trifluoromethanesulfonyl)imide ion (N(CF 3 SO 2 ) 2 ), bis(perfluoroethanesulfonyl)imide ion (N(C 2 F 5 SO 2 ) 2 ), (perfluoroethanesulfonyl)(trifluoromethanesulfonyl) imide ion (N(C 2 F 5 SO 2 ) (CF 3 SO 2 ) ), methanesulfonate ion (CH 3 SO 3 ), trifluoromethanesulfonate ion (CF 3 SO 3 ), perfluoroethanesulfonate ion (C 2 F 5 SO 3 ) , formate ion (HCO 2 ), acetate ion (CH 3 CO 2 ), trifluoroacetate ion (CF 3 CO 2 ), perfluoropropionate ion (C 2 F 5 CO 2 ), etc. .

Yは、親水性の置換基であり、例えばヒドロキシ基、アルキルアンモニウム基、スルホン酸基、ホスホン酸基、リン酸基、カルボキシ基、若しくはホウ酸基、又はこれらの塩に相当する基等が挙げられる。 Y is a hydrophilic substituent, such as a hydroxy group, an alkylammonium group, a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, a phosphoric acid group, a carboxy group, a boric acid group, or a group corresponding to a salt thereof. It will be done.

本発明のビオローゲン誘導体の具体例として、例えば、下記式で表されるものを挙げることが出来る。
Specific examples of the viologen derivative of the present invention include those represented by the following formula.

本発明のビオローゲン誘導体の製造方法は、Arがフェニル基の場合は、例えば、4,4’-ビピリジルと、1,3,5-トリス(ブロモメチル)ベンゼンを予め反応させて後述する実施例1で合成する化合物1のような骨格を合成し、さらにこれを1,3-プロパンスルトンと反応させた後、テトラブチルアンモニウムクロリドで処理することにより得ることが出来る。また、Arがビピリジルの場合は、1,3,5-トリス(ブロモメチル)ベンゼンと、4,4’-ビピリジルとを予め反応させて後述する実施例4で合成する化合物8のような骨格を合成し、さらにこれを4,4’-ビピリジル及び1,3-プロパンスルトンと反応させた後、テトラブチルアンモニウムクロリドで処理することにより得ることが出来る。その他のビオローゲン誘導体についても、上記製造方法及び通常の有機化学合成手法に基づいて得ることができる。 When Ar is a phenyl group, the method for producing the viologen derivative of the present invention can be carried out, for example, by reacting 4,4'-bipyridyl and 1,3,5-tris(bromomethyl)benzene in advance in Example 1 described below. It can be obtained by synthesizing a skeleton like Compound 1, reacting it with 1,3-propane sultone, and then treating it with tetrabutylammonium chloride. In addition, when Ar is bipyridyl, 1,3,5-tris(bromomethyl)benzene and 4,4'-bipyridyl are reacted in advance to synthesize a skeleton such as compound 8 synthesized in Example 4 described later. It can be obtained by further reacting this with 4,4'-bipyridyl and 1,3-propane sultone and then treating with tetrabutylammonium chloride. Other viologen derivatives can also be obtained based on the above production method and conventional organic chemical synthesis techniques.

[電気化学デバイス]
本発明のビオローゲン誘導体は、電気化学デバイスに導入する化合物として用いることが出来る。以下、図面を参照して、本発明の電気化学デバイスの一実施形態であるレドックスフロー電池の概要を説明する。図1は、本発明の1つの実施形態にかかるレドックスフロー電池の構成図である。図1に示すRed1及びRed2は還元型の活物質を示し、Ox1及びOx2は酸化型の活物質を意味する。イオン種は例示である。また、図1において、実線矢印は充電、破線矢印は放電を意味する。
[Electrochemical device]
The viologen derivative of the present invention can be used as a compound to be introduced into an electrochemical device. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A redox flow battery, which is an embodiment of the electrochemical device of the present invention, will be outlined below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a redox flow battery according to one embodiment of the present invention. Red1 and Red2 shown in FIG. 1 indicate reduced active materials, and Ox1 and Ox2 mean oxidized active materials. The ionic species are examples. Moreover, in FIG. 1, solid line arrows mean charging, and broken line arrows mean discharging.

[レドックスフロー電池]
レドックスフロー電池11は、典型的には、交流/直流変換器を介して、発電所(例えば、太陽光発電機、風力発電機、その他、一般の発電所など)と、電力系統や需要家などの負荷とに接続され、発電所を電力供給源として充電を行い、負荷を電力提供対象として放電を行う。上記充放電を行うにあたり、レドックスフロー電池11と、この電池11に電解液を循環させる循環機構(タンク、配管、ポンプ)とを備える以下の電池システムが構築される。
[Redox flow battery]
The redox flow battery 11 is typically connected to a power plant (for example, a solar power generator, a wind power generator, other general power plants, etc.) via an AC/DC converter, and to a power system, a consumer, etc. It is connected to the load, charges using the power plant as the power supply source, and discharges using the load as the power supply target. In carrying out the above charging and discharging, the following battery system is constructed, which includes a redox flow battery 11 and a circulation mechanism (tank, piping, pump) that circulates an electrolyte through the battery 11.

レドックスフロー電池11は、正極3を内蔵する正極セル4と、負極1を内蔵する負極セル2と、両セル2、4を分離すると共に適宜イオンを透過する隔膜5とを具える。正極セル4には、正極電解液用のタンク8が配管を介して接続される。負極セル2には、負極電解液用のタンク7が配管を介して接続される。配管には、電解液を循環させるためのポンプ9、10を備える。レドックスフロー電池11は、配管、ポンプを利用して、正極セル4(正極3)、負極セル2(負極)にそれぞれタンク8の正極電解液、タンク7の負極電解液を循環供給して、各極の電解液中の活物質となる有機分子の酸化還元反応に伴って充放電を行う。 The redox flow battery 11 includes a positive electrode cell 4 containing a positive electrode 3, a negative electrode cell 2 containing a negative electrode 1, and a diaphragm 5 that separates both cells 2 and 4 and allows appropriate ions to pass therethrough. A positive electrode electrolyte tank 8 is connected to the positive electrode cell 4 via piping. A tank 7 for negative electrode electrolyte is connected to the negative electrode cell 2 via piping. The piping is equipped with pumps 9 and 10 for circulating the electrolyte. The redox flow battery 11 circulates and supplies the positive electrolyte in the tank 8 and the negative electrolyte in the tank 7 to the positive electrode cell 4 (positive electrode 3) and negative electrode cell 2 (negative electrode), respectively, using piping and pumps. Charging and discharging are performed in conjunction with the redox reaction of organic molecules that serve as active materials in the electrode electrolyte.

図2は、他の実施形態にかかるレドックスフロー電池の小型試験セル21の断面図を示す。セル21は、その略中央部において、カーボンフェルト又はカーボンペーパー製の負極30とカーボンフェルト又はカーボンペーパー製の正極31とを、陽イオン交換膜又は陰イオン交換膜(以後、「隔膜」若しくは単に「膜」と称する)32を挟んで対向配置させた構造を有する。負極30は、その外側に樹脂とグラファイトを複合させて成るグラファイト複合集電板33を、そのさらに外側に負極端子37をそれぞれ配置する。同様に、正極31は、その外側に樹脂とグラファイトを複合させて成るグラファイト複合集電板34を、そのさらに外側に正極端子38をそれぞれ配置する。負極30、グラファイト複合集電板33及び負極端子37は、互いに電気的に導通可能に接触している。同様に、正極31、グラファイト複合集電板34及び正極端子38も、互いに電気的に導通可能に接触している。このため、負極端子37と正極端子38との間の電位差を測定することは、負極30と正極31との間の電位差を測定することと同一視できる。 FIG. 2 shows a cross-sectional view of a small test cell 21 of a redox flow battery according to another embodiment. The cell 21 has a negative electrode 30 made of carbon felt or carbon paper and a positive electrode 31 made of carbon felt or carbon paper connected to each other at approximately the center thereof using a cation exchange membrane or an anion exchange membrane (hereinafter referred to as a "diaphragm" or simply " They have a structure in which they are placed opposite each other with a membrane (referred to as "membrane") 32 interposed therebetween. The negative electrode 30 has a graphite composite current collector plate 33 made of a composite of resin and graphite disposed on the outside thereof, and a negative electrode terminal 37 further outside thereof. Similarly, the positive electrode 31 has a graphite composite current collector plate 34 made of a composite of resin and graphite disposed on the outside thereof, and a positive electrode terminal 38 further outside thereof. The negative electrode 30, the graphite composite current collector plate 33, and the negative electrode terminal 37 are in electrically conductive contact with each other. Similarly, the positive electrode 31, the graphite composite current collector plate 34, and the positive electrode terminal 38 are also in electrically conductive contact with each other. Therefore, measuring the potential difference between the negative electrode terminal 37 and the positive electrode terminal 38 can be equated with measuring the potential difference between the negative electrode 30 and the positive electrode 31.

グラファイト複合集電板33と隔膜32との間、及びグラファイト複合集電板34と隔膜32との間には、ガスケット35及びガスケット36が配置されている。負極30はガスケット35の内方に配置されている。同様に、正極31はガスケット36の内方に配置されている。ガスケット35,36は、負極30及び正極31にしみ込んだ各電解液がセル21から外部へと漏れるのを有効に防止する機能を有する。負極端子37のさらに外側には、バックプレート39が配置されている。同様に、正極端子38のさらに外側には、バックプレート40が配置されている。バックプレート39とバックプレート40とは、例えばボルトとナット(不図示)とを用いて、両者の間隔を狭くする方向に型締めされている。 A gasket 35 and a gasket 36 are arranged between the graphite composite current collector plate 33 and the diaphragm 32 and between the graphite composite current collector plate 34 and the diaphragm 32. The negative electrode 30 is arranged inside the gasket 35. Similarly, the positive electrode 31 is placed inside the gasket 36. The gaskets 35 and 36 have a function of effectively preventing each electrolytic solution that has soaked into the negative electrode 30 and the positive electrode 31 from leaking from the cell 21 to the outside. A back plate 39 is arranged further outside the negative electrode terminal 37. Similarly, a back plate 40 is arranged further outside the positive electrode terminal 38. The back plate 39 and the back plate 40 are clamped using, for example, bolts and nuts (not shown) in a direction that narrows the distance between them.

グラファイト複合集電板33、負極端子37及びバックプレート39は、それらを連通する2つの貫通孔を備える。1つの貫通孔にはチューブ41が挿入されている。もう1つの貫通孔には、チューブ42が挿入されている。チューブ41及びチューブ42は、グラファイト複合集電板33、負極端子37及びバックプレート39を連通する貫通孔と隙間のない状態にて、それぞれ負極30の外側表面に達している。また、グラファイト複合集電板34、正極端子38及びバックプレート40は、それらを連通する2つの貫通孔を備える。1つの貫通孔にはチューブ43が挿入されている。もう1つの貫通孔には、チューブ44が挿入されている。チューブ43及びチューブ44は、グラファイト複合集電板34、正極端子38及びバックプレート40を連通する貫通孔と隙間のない状態にて、それぞれ正極31の外側表面に達している。負極端子37と正極端子38との間に電源装置(抵抗回路を有する。不図示)を接続することにより充放電を行うことができる。 Graphite composite current collector plate 33, negative electrode terminal 37, and back plate 39 are provided with two through holes that communicate with them. A tube 41 is inserted into one through hole. A tube 42 is inserted into the other through hole. The tubes 41 and 42 each reach the outer surface of the negative electrode 30 without any gaps between the through holes that communicate with the graphite composite current collector plate 33, the negative electrode terminal 37, and the back plate 39. Further, the graphite composite current collector plate 34, the positive electrode terminal 38, and the back plate 40 are provided with two through holes that communicate with them. A tube 43 is inserted into one through hole. A tube 44 is inserted into the other through hole. The tubes 43 and 44 each reach the outer surface of the positive electrode 31 without any gap from the through hole that communicates the graphite composite current collector plate 34, the positive electrode terminal 38, and the back plate 40. Charging and discharging can be performed by connecting a power supply device (having a resistance circuit, not shown) between the negative terminal 37 and the positive terminal 38.

本発明に係るレドックスフロー電池は、活物質として特定の有機分子、活物質(A)を含む。正極電解液及び負極電解液に含まれる有機分子は、その種類を限定するものではないが、好ましくは、酸化還元応答を示すユニットを一分子内に内包し、そのユニットが一分子内に複数含まれており、かつ、少なくとも終端が有限世代の酸化還元応答を示すユニットである、ベーテ格子あるいはケイリー樹の一部を形成する構造を含んだ、対称性が高い構造を有することを特徴とする。対称性が高くなることで、分子量が大きくとも溶媒に溶かした場合、外側に位置する酸化還元応答を示すユニットは凝集しにくくなり、高濃度溶液状態の安定化効果を発揮する。これによって、分子サイズが大きくなり容量低下を引き起こすクロスオーバーを抑制できる。使用する電解液中の活物質の濃度は0.1~3Mの範囲が好ましく、より好ましくは0.5~1.5Mの範囲である。また、本発明では、前記有機分子を正極又は負極活物質とし、他の有機分子又は有機金属錯体を正極又は負極活物質とすることもできる。 The redox flow battery according to the present invention contains a specific organic molecule, active material (A), as an active material. The organic molecules contained in the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte are not limited in type, but preferably contain a unit that exhibits a redox response in one molecule, and contain a plurality of such units in one molecule. It is characterized by having a highly symmetrical structure including a structure forming part of a Bethe lattice or a Cayley tree, in which at least the terminal end is a unit exhibiting a finite generation redox response. Due to the increased symmetry, even if the molecular weight is large, when dissolved in a solvent, the units that exhibit a redox response located on the outside are less likely to aggregate, exerting a stabilizing effect in a highly concentrated solution state. This makes it possible to suppress crossover, which increases the molecular size and causes a decrease in capacity. The concentration of the active material in the electrolytic solution used is preferably in the range of 0.1 to 3M, more preferably in the range of 0.5 to 1.5M. Further, in the present invention, the organic molecule can be used as a positive electrode or negative electrode active material, and another organic molecule or an organometallic complex can be used as a positive electrode or negative electrode active material.

また、電解液には、電解質として支持塩を含ませることが好ましい。支持塩が含まれることで、電解液の電気伝導性が向上し、電池のエネルギー効率、エネルギー密度を向上させることができる。支持塩としては、例えば塩化ナトリウム、塩化アンモニウム、硝酸ナトリウム、過塩素酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、塩化カリウム、硝酸カリウム、硫酸カリウム、硫酸、及び塩酸等が挙げられる。 Further, it is preferable that the electrolytic solution contains a supporting salt as an electrolyte. Inclusion of the supporting salt improves the electrical conductivity of the electrolytic solution, making it possible to improve the energy efficiency and energy density of the battery. Examples of the supporting salt include sodium chloride, ammonium chloride, sodium nitrate, sodium perchlorate, sodium sulfate, potassium chloride, potassium nitrate, potassium sulfate, sulfuric acid, and hydrochloric acid.

正極セル及び負極セルを仕切る隔膜は、カチオン交換膜又はアニオン交換膜を使用することができ、この場合、充放電に伴って、例えば、水素イオンや塩素イオンが隔膜を介して移動し、正極での充電反応によって生じた有機分子内の正の電荷を補償することができる。さらに、隔膜を介して移動する化学種が支持電解質のみであれば、単なる多孔質膜を使用することができる。多孔質膜としては、例えば、ポリスルホン膜、ポリエーテルスルホン膜、フッ素含有ポリマー膜、セルロースアセテート膜、ニトロセルロース膜等が挙げられるがこれらに限定されない。 A cation exchange membrane or an anion exchange membrane can be used as the diaphragm that partitions the positive electrode cell and the negative electrode cell. In this case, during charging and discharging, for example, hydrogen ions and chlorine ions move through the diaphragm and are removed at the positive electrode. It is possible to compensate for the positive charge within the organic molecule caused by the charging reaction. Furthermore, if the only chemical species that migrates across the membrane is the supporting electrolyte, a simple porous membrane can be used. Examples of porous membranes include, but are not limited to, polysulfone membranes, polyethersulfone membranes, fluorine-containing polymer membranes, cellulose acetate membranes, nitrocellulose membranes, and the like.

また、上記有機分子と同様に、電解液には錯体が含まれてもよい。錯体もまた電解液中で電極活物質として機能するものである。電解液に含まれ得る錯体としては、例えば、金属原子と配位して金属原子を取り込み、酸化還元に対して安定な錯体が挙げられる。このような錯体としては、例えば、ポルフィリンやフェナントロリン、フェロセン、ヘキサシアノ化合物(例えばフェロシアン化カリウム)、キレート化合物(例えば鉄-エチレンジアミン四酢酸ナトリウム)等の有機錯体の他、酸化グラフェン等の無機錯体等が挙げられる。なお、電解液には、前記の有機分子と前記の錯体との双方が含まれてもよく、いずれか一方のみが含まれてもよい。 Furthermore, like the organic molecules described above, the electrolytic solution may contain a complex. The complex also functions as an electrode active material in the electrolyte. Examples of complexes that can be included in the electrolytic solution include complexes that coordinate with metal atoms, incorporate metal atoms, and are stable against redox. Examples of such complexes include organic complexes such as porphyrin, phenanthroline, ferrocene, hexacyano compounds (e.g. potassium ferrocyanide), chelate compounds (e.g. sodium iron-ethylenediaminetetraacetate), as well as inorganic complexes such as graphene oxide. It will be done. Note that the electrolytic solution may contain both the organic molecule and the complex, or may contain only one of them.

電解液には、前記の有機分子や錯体を水溶液に可溶化するための界面活性剤が含まれてもよい。これにより、水系の電解液中に難溶性の有機分子や錯体が一様に分散するものと考えられる。界面活性剤の具体例は特に制限されず、カチオン系の界面活性剤、アニオン系の界面活性剤、ノニオン系の界面活性剤等、どのようなものであってもよい。従って、価格や、活物質として用いる有機分子や錯体の可溶化度合いを考慮して選択すればよい。 The electrolytic solution may contain a surfactant for solubilizing the organic molecules and complexes in the aqueous solution. It is thought that this allows the poorly soluble organic molecules and complexes to be uniformly dispersed in the aqueous electrolyte. Specific examples of the surfactant are not particularly limited, and any surfactant may be used, such as cationic surfactants, anionic surfactants, and nonionic surfactants. Therefore, the material may be selected in consideration of the price and the degree of solubilization of the organic molecule or complex used as the active material.

カチオン系の界面活性剤としては、例えば、4級アンモニウム塩(例えばテトラメチルアンモニウムクロリド、テトラブチルアンモニウムクロリド)、さらには4級アンモニウム塩を含む高分子等が挙げられる。また、アニオン系の界面活性剤としては、スルホン酸(例えばドデシル硫酸ナトリウム)やカルボン酸、リン酸を有する高分子等が挙げられる。さらに、ノニオン系の界面活性剤としては、ジグライムなどのエーテル含有化合物やエーテル(例えばポリエチレングリコールオクタデシルエーテル) を含む高分子等が挙げられる。これらは1種が単独で用いられてもよく、2種以上が任意の比率及び組み合わせで用いられてもよい。 Examples of cationic surfactants include quaternary ammonium salts (eg, tetramethylammonium chloride, tetrabutylammonium chloride), and polymers containing quaternary ammonium salts. Examples of anionic surfactants include polymers containing sulfonic acid (for example, sodium dodecyl sulfate), carboxylic acid, and phosphoric acid. Furthermore, examples of nonionic surfactants include ether-containing compounds such as diglyme and polymers containing ethers (eg, polyethylene glycol octadecyl ether). One type of these may be used alone, or two or more types may be used in any ratio and combination.

また、本実施形態の電解液には、前記の有機分子や錯体、界面活性剤以外にも、任意の成分が含まれていてもよい。例えば、電解液には、溶解析出反応によって充放電される、即ち、例えば電子を受け取ることで還元されて金属を生じる、任意の金属イオンが含まれていてもよい。例えば、正極及び負極のうちの一方の極の活物質を前記の有機分子や錯体とした場合には、他方の極の活物質としての金属イオンを含ませることができる。このような金属イオンとしては、他方の極の溶解析出電位との電位差が大きく、溶解及び析出速度が速いものが好ましい。これにより、高い充放電電圧が得られる。具体的には、亜鉛イオン、鉄イオン及び鉛イオン、マンガンイオンからなる群より選ばれる一種以上の金属イオンが好ましい。そして、活物質として金属イオンが電解液に含まれる場合には、電極は、当該金属イオンと同種の金属により構成されることが好ましい。 Further, the electrolytic solution of this embodiment may contain any component other than the above-mentioned organic molecules, complexes, and surfactants. For example, the electrolyte may contain any metal ion that is charged and discharged by a solution deposition reaction, ie, reduced to produce a metal, eg, by accepting electrons. For example, when the active material of one of the positive and negative electrodes is the above-mentioned organic molecule or complex, metal ions can be included as the active material of the other electrode. As such metal ions, those having a large potential difference with the dissolution deposition potential of the other electrode and high dissolution and precipitation rates are preferable. Thereby, a high charge/discharge voltage can be obtained. Specifically, one or more metal ions selected from the group consisting of zinc ions, iron ions, lead ions, and manganese ions are preferred. When metal ions are included in the electrolytic solution as active materials, the electrodes are preferably made of the same type of metal as the metal ions.

[レドックスキャパシタ]
上述したレドックスフロー電池は、活物質を含む電解液をポンプでセルに送り、充電・放電時にはタンク内の電解液の酸化・還元により電気を貯め又は放出するシステムである。これに対し、電気二重層キャパシタは、蓄電デバイスの一つであって、蓄電容量という点では通常の二次電池より劣るが、パワー密度(瞬時に放電する能力)は、電気二重層キャパシタの方が二次電池よりも優れていると考えられている。通常の電気二重層キャパシタは大型化ができないこと、エネルギー密度が低いことなどの欠点があるが、数万サイクルも充放電が可能であるという利点を有する。上述した本発明のレドックスフロー電池は、電解液をフローせずに静止した状態でも、サイクル特性がよく、低コストで安全性が高いことから、電気二重層キャパシタと同様に機能することができるため、これをレドックスキャパシタ(レドックススーパーキャパシタ)として使用することが可能である。本発明の有機分子を電極に修飾あるいは固定化し、表面積の大きなレドックスキャパシタを構成してもよい。このような電極は、通常、有機分子を含む酸化還元活物質と導電性カーボン粒子を混合し、必要に応じて結着剤(バインダー)を加えて集電体の表面に塗布することで作製することができる。
[Redox capacitor]
The above-mentioned redox flow battery is a system in which an electrolytic solution containing an active material is sent to a cell using a pump, and electricity is stored or released by oxidizing and reducing the electrolytic solution in a tank during charging and discharging. On the other hand, an electric double layer capacitor is a type of electricity storage device, and although it is inferior to a normal secondary battery in terms of electricity storage capacity, its power density (instantaneous discharge ability) is superior to an electric double layer capacitor. are considered superior to secondary batteries. Although ordinary electric double layer capacitors have drawbacks such as not being able to be made large and having low energy density, they have the advantage that they can be charged and discharged for tens of thousands of cycles. The redox flow battery of the present invention described above has good cycle characteristics, low cost, and high safety even in a stationary state without flowing electrolyte, and can function similarly to an electric double layer capacitor. , it is possible to use this as a redox capacitor (redox supercapacitor). The organic molecule of the present invention may be modified or immobilized on an electrode to constitute a redox capacitor with a large surface area. Such electrodes are usually fabricated by mixing a redox active material containing organic molecules with conductive carbon particles, adding a binder if necessary, and applying the mixture to the surface of a current collector. be able to.

次に実施例を挙げ、本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に何ら制約されるものではない。 EXAMPLES Next, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples in any way.

(実施例1)
4,4’-ビピリジル(26.3g)とヘキサフルオロリン酸アンモニウム(4.10g)をN,N-ジメチルホルムアミド(40mL)に加熱溶解した。この混合物を室温まで冷やした後、1,3,5-トリス(ブロモメチル)ベンゼン(1.00g)を加え、マイクロ波をあてながら90℃で加熱攪拌した。室温まで冷却後、ジクロロメタン中(800mL)に投入し、ろ過した。得られた固体を、アセトニトリルとメタノールの混合溶媒(50mL、1/1、v/v)に分散させ、ヘキサフルオロリン酸アンモニウム(9.60g)を加えた。この混合物を水中(800mL)に投入し、得られた固体をろ過すると2.82gの生成物を得た。H-NMRで分析したところ、この生成物は、下記式で表されるものであることがわかった。この生成物を、「化合物1」という。化合物1のH-NMRの測定結果を以下に示す。
(Example 1)
4,4'-bipyridyl (26.3 g) and ammonium hexafluorophosphate (4.10 g) were heated and dissolved in N,N-dimethylformamide (40 mL). After cooling this mixture to room temperature, 1,3,5-tris(bromomethyl)benzene (1.00 g) was added, and the mixture was heated and stirred at 90° C. while being exposed to microwaves. After cooling to room temperature, the mixture was poured into dichloromethane (800 mL) and filtered. The obtained solid was dispersed in a mixed solvent of acetonitrile and methanol (50 mL, 1/1, v/v), and ammonium hexafluorophosphate (9.60 g) was added. The mixture was poured into water (800 mL) and the resulting solid was filtered to yield 2.82 g of product. Analysis by 1 H-NMR revealed that this product was represented by the following formula. This product is referred to as "Compound 1." The results of 1 H-NMR measurement of Compound 1 are shown below.

H-NMR(400MHz,CDCN):δ8.84(6H,dd,4.5,1.8),8.75(6H,d,7.1),8.32(6H,d,7.1),7.77(6H,dd,4.5,1.8),7.53(3H,s),5.74(6H,s)。 1 H-NMR (400 MHz, CD 3 CN): δ8.84 (6H, dd, 4.5, 1.8), 8.75 (6H, d, 7.1), 8.32 (6H, d, 7.1), 7.77 (6H, dd, 4.5, 1.8), 7.53 (3H, s), 5.74 (6H, s).

化合物1(30.0g)と1,3-プロパンスルトン(16.2g)をアセトニトリル(500mL)に溶解し加熱還流した。この混合物を室温まで冷やした後、水(200mL)を加え不溶物を溶かした。溶媒を濃縮後の残渣にアセトン(700mL)を加え攪拌し、上澄みの溶液を取り除いた。得られた固体をアセトニトリルと水の混合溶媒(300mL、2/1、v/v)に溶かし、テトラブチルアンモニウムクロリド(123g)を水(150mL)に溶かしたものを加えた。この混合物の溶媒を濃縮し、アセトン(1L)を加え攪拌し、上澄みの溶液を取り除いた。得られた粘性液体を水(100mL)に溶かし、アセトン中(800mL)に投入し、上澄みの溶液を取り除くと32.3gの生成物を得た。H-NMRで分析したところ、この生成物は、下記式(II)で表されるものであることがわかった。この生成物を、「化合物2」という。化合物2のH-NMRを以下に示す。 Compound 1 (30.0 g) and 1,3-propane sultone (16.2 g) were dissolved in acetonitrile (500 mL) and heated to reflux. After cooling the mixture to room temperature, water (200 mL) was added to dissolve insoluble matter. After concentrating the solvent, acetone (700 mL) was added to the residue and stirred, and the supernatant solution was removed. The obtained solid was dissolved in a mixed solvent of acetonitrile and water (300 mL, 2/1, v/v), and a solution of tetrabutylammonium chloride (123 g) in water (150 mL) was added. The solvent of this mixture was concentrated, acetone (1 L) was added and stirred, and the supernatant solution was removed. The resulting viscous liquid was dissolved in water (100 mL), poured into acetone (800 mL), and the supernatant solution was removed to obtain 32.3 g of product. Analysis by 1 H-NMR revealed that this product was represented by the following formula (II). This product is referred to as "Compound 2." 1 H-NMR of Compound 2 is shown below.

H-NMR(400MHz,DO):δ9.19(12H,d,6.8),8.61-8.20(12H,m),6.93(3H,s),5.49(6H,s).4.92(6H,t,7.3),3.05(6H,t,7.3),2.59-2.52(6H,m)。 1 H-NMR (400 MHz, D 2 O): δ9.19 (12H, d, 6.8), 8.61-8.20 (12H, m), 6.93 (3H, s), 5.49 (6H, s). 4.92 (6H, t, 7.3), 3.05 (6H, t, 7.3), 2.59-2.52 (6H, m).

(実施例2)
4,4’-ビピリジル(16.0g)を2-ブロモエチルホスホン酸ジエチル(151g)に溶解し、攪拌した。この混合物にトルエン(100mL)とアセトン(100mL)を加え、攪拌した。得られた固体をろ過すると32.2gの生成物を得た。H-NMRで分析したところ、この生成物は、下記式で表されるものであることがわかった。この生成物を、「化合物3」という。化合物3のH-NMRを以下に示す。
(Example 2)
4,4'-bipyridyl (16.0 g) was dissolved in diethyl 2-bromoethylphosphonate (151 g) and stirred. Toluene (100 mL) and acetone (100 mL) were added to this mixture and stirred. The resulting solid was filtered to obtain 32.2 g of product. Analysis by 1 H-NMR revealed that this product was represented by the following formula. This product is referred to as "Compound 3." 1 H-NMR of Compound 3 is shown below.

H-NMR(400MHz,DO):δ9.06(2H,d,6.9),8.81(2H,dd,4.7,1.8),8.50(2H,d,6.9),7.95(2H,dd,4.7,1.8),5.04-4.96(2H,m),4.17-4.10(4H,m),2.86-2.77(2H,m),1.25(6H,t,7.1)。 1 H-NMR (400 MHz, D 2 O): δ9.06 (2H, d, 6.9), 8.81 (2H, dd, 4.7, 1.8), 8.50 (2H, d, 6.9), 7.95 (2H, dd, 4.7, 1.8), 5.04-4.96 (2H, m), 4.17-4.10 (4H, m), 2. 86-2.77 (2H, m), 1.25 (6H, t, 7.1).

化合物3(27.0g)とヘキサフルオロリン酸アンモニウム(21.9g)をN,N-ジメチルホルムアミド(40mL)に加熱溶解した。この混合物を室温まで冷やした後、1,3,5-トリス(ブロモメチル)ベンゼン(2.00g)を加え、マイクロ波をあてながら110℃で加熱攪拌した。室温まで冷却後、ジクロロメタン中(800mL)に投入し、ろ過した。得られた固体を、アセトニトリルとメタノールの混合溶媒(100mL、1/1、v/v)に分散させ、ヘキサフルオロリン酸アンモニウム(32.9g)を加えた。溶媒を濃縮後の残渣に水(300mL)を加え、得られた固体をろ過すると9.46gの生成物を得た。H-NMRで分析したところ、この生成物は、下記式で表されるものであることがわかった。この生成物を、「化合物4」という。化合物4のH-NMRを以下に示す。 Compound 3 (27.0 g) and ammonium hexafluorophosphate (21.9 g) were heated and dissolved in N,N-dimethylformamide (40 mL). After cooling this mixture to room temperature, 1,3,5-tris(bromomethyl)benzene (2.00 g) was added, and the mixture was heated and stirred at 110° C. while being exposed to microwaves. After cooling to room temperature, the mixture was poured into dichloromethane (800 mL) and filtered. The obtained solid was dispersed in a mixed solvent of acetonitrile and methanol (100 mL, 1/1, v/v), and ammonium hexafluorophosphate (32.9 g) was added. Water (300 mL) was added to the residue after concentrating the solvent, and the resulting solid was filtered to obtain 9.46 g of product. Analysis by 1 H-NMR revealed that this product was represented by the following formula. This product is referred to as "Compound 4." 1 H-NMR of Compound 4 is shown below.

H-NMR(400MHz,CDCN):δ8.97(12H,d,6.7),8.42-8.38(12H,m),7.69(3H,s),5.84(6H,s),4.89-4.81(6H,m),4.08-4.01(12H,m),2.58-2.50(6H,m),1.24(18H,t,7.1)。 1H -NMR (400MHz, CD3CN ): δ8.97 (12H, d, 6.7), 8.42-8.38 (12H, m), 7.69 (3H, s), 5.84 (6H, s), 4.89-4.81 (6H, m), 4.08-4.01 (12H, m), 2.58-2.50 (6H, m), 1.24 (18H , t, 7.1).

化合物4(15.6g)をアセトニトリル(200mL)に溶解し、ブロモトリメチルシラン(18.4g)を加え、室温で攪拌した。この混合物にイソプロピルアルコール(200mL)を加え、攪拌した。得られた固体をろ過すると11.8gの生成物を得た。H-NMRで分析したところ、この生成物は、下記式で表されるものであることがわかった。この生成物を、「化合物5」という。化合物5のH-NMRを以下に示す。 Compound 4 (15.6 g) was dissolved in acetonitrile (200 mL), bromotrimethylsilane (18.4 g) was added, and the mixture was stirred at room temperature. Isopropyl alcohol (200 mL) was added to this mixture and stirred. The resulting solid was filtered to obtain 11.8 g of product. Analysis by 1 H-NMR revealed that this product was represented by the following formula. This product is referred to as "Compound 5." 1 H-NMR of Compound 5 is shown below.

H-NMR(400MHz,DO):δ9.18(12H,d,6.4),8.59-8.53(12H,m),7.84(3H,s),6.03(6H,s),4.97-4.90(6H,m),2.48-2.40(6H,m)。 1 H-NMR (400 MHz, D 2 O): δ9.18 (12H, d, 6.4), 8.59-8.53 (12H, m), 7.84 (3H, s), 6.03 (6H, s), 4.97-4.90 (6H, m), 2.48-2.40 (6H, m).

化合物5(18.2g)を水(100mL)に溶かし、テトラブチルアンモニウムクロリド(85.1g)を水(400mL)に溶かしたものを加えた。この混合物の溶媒を濃縮し、アセトン(800mL)を加え攪拌し、ろ過した。得られた固体を水(80mL)に溶かした後、アセトン中(800mL)に投入し、上澄みの溶液を取り除いた。得られた粘性液体を水(100mL)に溶かし、アセトン中(800mL)に投入し、上澄みの溶液を取り除いた残渣をカラムクロマトグラフィー(SEPHADEX LH20,水)で精製すると11.1gの生成物を得た。H-NMRで分析したところ、この生成物は、下記式(III)で表されるものであることがわかった。この生成物を、「化合物6」という。化合物6のH-NMRを以下に示す。 Compound 5 (18.2 g) was dissolved in water (100 mL), and a solution of tetrabutylammonium chloride (85.1 g) in water (400 mL) was added. The solvent of this mixture was concentrated, acetone (800 mL) was added, stirred, and filtered. The obtained solid was dissolved in water (80 mL), then poured into acetone (800 mL), and the supernatant solution was removed. The obtained viscous liquid was dissolved in water (100 mL), poured into acetone (800 mL), and the supernatant solution was removed. The residue was purified by column chromatography (SEPHADEX LH20, water) to obtain 11.1 g of product. Ta. Analysis by 1 H-NMR revealed that this product was represented by the following formula (III). This product is referred to as "Compound 6." 1 H-NMR of Compound 6 is shown below.

H-NMR(400MHz,DO):δ9.19-9.17(12H,m),8.61-8.54(12H,m),7.81(3H,s),6.03(6H,s),4.98-4.91(6H,m),2.48-2.40(6H,m)。 1 H-NMR (400 MHz, D 2 O): δ9.19-9.17 (12H, m), 8.61-8.54 (12H, m), 7.81 (3H, s), 6.03 (6H, s), 4.98-4.91 (6H, m), 2.48-2.40 (6H, m).

(実施例3)
化合物1(30.0g)と2-ブロモエタノール(33.0g)をアセトニトリル(500mL)に溶解し加熱還流した。この混合物を室温まで冷やした後トルエン(500mL)を加え、ろ過した。得られた固体を水(100mL)に分散し、テトラブチルアンモニウムクロリド(245g)を水(200mL)に溶かしたものを加えた。この混合物の溶媒を濃縮し、アセトン(800mL)を加え攪拌し、上澄みの溶液を取り除いた。得られた粘性液体を水(15mL)に溶かし、アセトン中(800mL)に投入し、上澄みの溶液を取り除くと16.5gの生成物を得た。H-NMRで分析したところ、この生成物は、下記式(IV)で表されるものであることがわかった。この生成物を、「化合物7」という。化合物7のH-NMRを以下に示す。
(Example 3)
Compound 1 (30.0 g) and 2-bromoethanol (33.0 g) were dissolved in acetonitrile (500 mL) and heated to reflux. After cooling the mixture to room temperature, toluene (500 mL) was added and filtered. The obtained solid was dispersed in water (100 mL), and a solution of tetrabutylammonium chloride (245 g) in water (200 mL) was added. The solvent of this mixture was concentrated, acetone (800 mL) was added and stirred, and the supernatant solution was removed. The resulting viscous liquid was dissolved in water (15 mL), poured into acetone (800 mL), and the supernatant solution was removed to yield 16.5 g of product. Analysis by 1 H-NMR revealed that this product was represented by the following formula (IV). This product is referred to as "Compound 7." 1 H-NMR of Compound 7 is shown below.

H-NMR(400MHz,DO):δ9.21(6H,d,7.0),9.14(6H,d,7.0),8.63-8.58(12H,m),7.83(3H,s),6.05(6H,s),4.87(6H,t,5.0),4.15(6H,t,5.0)。 1 H-NMR (400 MHz, D 2 O): δ9.21 (6H, d, 7.0), 9.14 (6H, d, 7.0), 8.63-8.58 (12H, m) , 7.83 (3H, s), 6.05 (6H, s), 4.87 (6H, t, 5.0), 4.15 (6H, t, 5.0).

(実施例4)
1,3,5-トリス(ブロモメチル)ベンゼン(22.8g)と4,4’-ビピリジル(0.500g)をN,N-ジメチルホルムアミド(40mL)に溶解し、マイクロ波をあてながら90℃で加熱攪拌した。室温まで冷却後、ジクロロメタン中(500mL)に投入し、ろ過した。得られた固体を、アセトニトリルとメタノールの混合溶媒(30mL、1/1、v/v)に分散させ、ヘキサフルオロリン酸アンモニウム(10.4g)を加えた。この混合物を水中(500mL)に投入し、得られた固体をろ過すると3.11gの生成物を得た。H-NMRで分析したところ、この生成物は、下記式で表されるものであることがわかった。この生成物を、「化合物8」という。化合物8のH-NMRを以下に示す。
(Example 4)
1,3,5-tris(bromomethyl)benzene (22.8 g) and 4,4'-bipyridyl (0.500 g) were dissolved in N,N-dimethylformamide (40 mL) and heated at 90°C under microwave. The mixture was heated and stirred. After cooling to room temperature, the mixture was poured into dichloromethane (500 mL) and filtered. The obtained solid was dispersed in a mixed solvent of acetonitrile and methanol (30 mL, 1/1, v/v), and ammonium hexafluorophosphate (10.4 g) was added. The mixture was poured into water (500 mL) and the resulting solid was filtered to yield 3.11 g of product. Analysis by 1 H-NMR revealed that this product was represented by the following formula. This product is referred to as "Compound 8." 1 H-NMR of Compound 8 is shown below.

H-NMR(400MHz,CDCN):δ8.96(4H,d,6.9),8.38(4H,d,6.9),7.54(2H,s),7.47(4H,d,1.6),5.79(4H,s),4.57(8H,s)。 1H -NMR (400MHz, CD3CN ): δ8.96 (4H, d, 6.9), 8.38 (4H, d, 6.9), 7.54 (2H, s), 7.47 (4H, d, 1.6), 5.79 (4H, s), 4.57 (8H, s).

4,4’-ビピリジル(20.0g)とヘキサフルオロリン酸アンモニウム(3.10g)をN,N-ジメチルホルムアミド(40mL)に加熱溶解した。この混合物を室温まで冷やした後、化合物8(1.60g)を加え、マイクロ波をあてながら90℃で加熱攪拌した。室温まで冷却後、ジクロロメタン中(800mL)に投入し、ろ過した。得られた固体を、アセトニトリルとメタノールの混合溶媒(50mL、1/1、v/v)に分散させ、ヘキサフルオロリン酸アンモニウム(7.30g)を加えた。この混合物を水中(800mL)に投入し、得られた固体をろ過すると2.95gの生成物を得た。H-NMRで分析したところ、この生成物は、下記式で表されるものであることがわかった。この生成物を、「化合物9」という。化合物9のH-NMRを以下に示す。 4,4'-bipyridyl (20.0 g) and ammonium hexafluorophosphate (3.10 g) were heated and dissolved in N,N-dimethylformamide (40 mL). After cooling this mixture to room temperature, compound 8 (1.60 g) was added, and the mixture was heated and stirred at 90° C. while being exposed to microwaves. After cooling to room temperature, the mixture was poured into dichloromethane (800 mL) and filtered. The obtained solid was dispersed in a mixed solvent of acetonitrile and methanol (50 mL, 1/1, v/v), and ammonium hexafluorophosphate (7.30 g) was added. The mixture was poured into water (800 mL) and the resulting solid was filtered to yield 2.95 g of product. Analysis by 1 H-NMR revealed that this product was represented by the following formula. This product is referred to as "Compound 9." 1 H-NMR of Compound 9 is shown below.

H-NMR(400MHz,CDCN):δ8.88(4H,d,7.0),8.83(8H,dd,4.5,1.7),8.76(8H,d,7.0),8.35(4H,d,7.0),8.31(8H,d,7.0),7.76(8H,dd,4.5,1.7),7.59(4H,s),7.55(2H,s),5.80(4H,s),5.75(8H,s)。 1 H-NMR (400 MHz, CD 3 CN): δ8.88 (4H, d, 7.0), 8.83 (8H, dd, 4.5, 1.7), 8.76 (8H, d, 7.0), 8.35 (4H, d, 7.0), 8.31 (8H, d, 7.0), 7.76 (8H, dd, 4.5, 1.7), 7. 59 (4H, s), 7.55 (2H, s), 5.80 (4H, s), 5.75 (8H, s).

化合物9(10.5g)と1,3-プロパンスルトン(4.09g)をアセトニトリル(200mL)に溶解し加熱還流した。この混合物を室温まで冷やした後、水(50mL)を加え不溶物を溶かした。溶媒を濃縮後の残渣にアセトン(300mL)を加え攪拌し、上澄みの溶液を取り除いた。得られた固体をアセトニトリルと水の混合溶媒(150mL、2/1、v/v)に溶かし、テトラブチルアンモニウムクロリド(46.6g)を水(150mL)に溶かしたものを加えた。この混合物の溶媒を濃縮し、アセトン(700mL)を加え攪拌し、上澄みの溶液を取り除いた。得られた粘性液体を水(50mL)に溶かし、アセトン中(700mL)に投入し、上澄みの溶液を取り除くと10.0gの生成物を得た。H-NMRで分析したところ、この生成物は、下記式(V)で表されるものであることがわかった。この生成物を、「化合物10」という。化合物10のH-NMRを以下に示す。 Compound 9 (10.5 g) and 1,3-propane sultone (4.09 g) were dissolved in acetonitrile (200 mL) and heated to reflux. After cooling the mixture to room temperature, water (50 mL) was added to dissolve insoluble matter. After concentrating the solvent, acetone (300 mL) was added to the residue and stirred, and the supernatant solution was removed. The obtained solid was dissolved in a mixed solvent of acetonitrile and water (150 mL, 2/1, v/v), and a solution of tetrabutylammonium chloride (46.6 g) in water (150 mL) was added. The solvent of this mixture was concentrated, acetone (700 mL) was added and stirred, and the supernatant solution was removed. The resulting viscous liquid was dissolved in water (50 mL), poured into acetone (700 mL), and the supernatant solution was removed to obtain 10.0 g of product. Analysis by 1 H-NMR revealed that this product was represented by the following formula (V). This product is referred to as "Compound 10." 1 H-NMR of Compound 10 is shown below.

H-NMR(400MHz,DO):δ9.21-9.15(20H,m),8.62-8.54(20H,m),7.86(2H,s),7.83(4H,s),6.06(8H,s),6.03(4H,s),4.93(8H,t,7.2),3.04(8H,t,7.2),2.57(8H,m)。 1H -NMR (400MHz, D2O ): δ9.21-9.15 (20H, m), 8.62-8.54 (20H, m), 7.86 (2H, s), 7.83 (4H, s), 6.06 (8H, s), 6.03 (4H, s), 4.93 (8H, t, 7.2), 3.04 (8H, t, 7.2), 2.57 (8H, m).

(実施例5)
化合物3(1.81g)とヘキサフルオロリン酸アンモニウム(1.48g)をN,N-ジメチルホルムアミド(10mL)に溶解した。この混合物に化合物8(0.282g)を加え、マイクロ波をあてながら110℃で加熱攪拌した。室温まで冷却後、ジクロロメタン中(200mL)に投入し、ろ過した。得られた固体を、アセトニトリルとメタノールの混合溶媒(30mL、1/1、v/v)に分散させ、ヘキサフルオロリン酸アンモニウム(2.20g)を加えた。溶媒を濃縮後の残渣に水(20mL)に加え、得られた固体をろ過すると0.720gの生成物を得た。H-NMRで分析したところ、この生成物は、下記式で表されるものであることがわかった。この生成物を、「化合物11」という。化合物11のH-NMRを以下に示す。
(Example 5)
Compound 3 (1.81 g) and ammonium hexafluorophosphate (1.48 g) were dissolved in N,N-dimethylformamide (10 mL). Compound 8 (0.282 g) was added to this mixture, and the mixture was heated and stirred at 110° C. while being exposed to microwaves. After cooling to room temperature, the mixture was poured into dichloromethane (200 mL) and filtered. The obtained solid was dispersed in a mixed solvent of acetonitrile and methanol (30 mL, 1/1, v/v), and ammonium hexafluorophosphate (2.20 g) was added. Water (20 mL) was added to the residue after concentrating the solvent, and the resulting solid was filtered to obtain 0.720 g of product. Analysis by 1 H-NMR revealed that this product was represented by the following formula. This product is referred to as "Compound 11." 1 H-NMR of Compound 11 is shown below.

H-NMR(400MHz,CDCN):δ8.98-8.91(20H,m),8.42-8.38(20H,m),7.64(6H,s),5.82(12H,s),4.89-4.81(8H,m),4.08-4.00(16H,m), 2.58-2.50(8H,m),1.24(24H,t,7.0)。 1H -NMR (400MHz, CD3CN ): δ8.98-8.91 (20H, m), 8.42-8.38 (20H, m), 7.64 (6H, s), 5.82 (12H, s), 4.89-4.81 (8H, m), 4.08-4.00 (16H, m), 2.58-2.50 (8H, m), 1.24 (24H , t, 7.0).

化合物11(0.800g)をアセトニトリル(15mL)に溶解し、ブロモトリメチルシラン(0.784g)を加え、室温で攪拌した。この混合物にイソプロピルアルコール(15mL)を加え、攪拌した。得られた固体をろ過すると0.627gの生成物を得た。H-NMRで分析したところ、この生成物は、下記式で表されるものであることがわかった。この生成物を、「化合物12」という。化合物12のH-NMRを以下に示す。 Compound 11 (0.800 g) was dissolved in acetonitrile (15 mL), bromotrimethylsilane (0.784 g) was added, and the mixture was stirred at room temperature. Isopropyl alcohol (15 mL) was added to this mixture and stirred. The resulting solid was filtered to yield 0.627 g of product. Analysis by 1 H-NMR revealed that this product was represented by the following formula. This product is referred to as "Compound 12." 1 H-NMR of Compound 12 is shown below.

H-NMR(400MHz,DO):δ9.15(20H,d,6.5),8.55-8.49(20H,m),7.82(6H,s),6.00(12H,s),4.95-4.88(8H,m),2.44-2.36(8H,m)。 1H -NMR (400MHz, D2O ): δ9.15 (20H, d, 6.5), 8.55-8.49 (20H, m), 7.82 (6H, s), 6.00 (12H, s), 4.95-4.88 (8H, m), 2.44-2.36 (8H, m).

化合物12(0.500g)を水(3mL)に溶かし、テトラブチルアンモニウムクロリド(2.40g)を水(10mL)に溶かしたものを加えた。この混合物の溶媒を濃縮し、アセトン(50mL)を加え攪拌し、上澄みの溶液を取り除いた。得られた粘性液体を水(3mL)に溶かした後、アセトン中(50mL)に投入し、上澄みの溶液を取り除くと0.372gの生成物を得た。H-NMRで分析したところ、この生成物は、下記式(VI)で表されるものであることがわかった。この生成物を、「化合物13」という。化合物13のH-NMRを以下に示す。 Compound 12 (0.500 g) was dissolved in water (3 mL), and a solution of tetrabutylammonium chloride (2.40 g) in water (10 mL) was added. The solvent of this mixture was concentrated, acetone (50 mL) was added and stirred, and the supernatant solution was removed. The resulting viscous liquid was dissolved in water (3 mL), then poured into acetone (50 mL), and the supernatant solution was removed to obtain 0.372 g of product. Analysis by 1 H-NMR revealed that this product was represented by the following formula (VI). This product is referred to as "Compound 13." 1 H-NMR of Compound 13 is shown below.

H-NMR(400MHz,DO):δ9.16(20H,d,6.0),8.59-8.52(20H,m),7.79(6H,s),6.01(12H,s),4.96-4.77(8H,m),2.44-2.36(8H,m)。 1H -NMR (400MHz, D2O ): δ9.16 (20H, d, 6.0), 8.59-8.52 (20H, m), 7.79 (6H, s), 6.01 (12H, s), 4.96-4.77 (8H, m), 2.44-2.36 (8H, m).

(実施例6)
化合物9(1.00g)と2-ブロモエタノール(1.32g)をアセトニトリル(10mL)に溶解し加熱還流した。この混合物を濃縮し、残渣にアセトン(30mL)を加え攪拌し、上澄みの溶液を取り除いた。得られた固体をアセトニトリルと水の混合溶媒(15mL、2/1、v/v)に溶かし、、テトラブチルアンモニウムクロリド(7.37g)をアセトニトリルと水の混合溶媒(7.5mL、2/1、v/v)に溶かしたものを加えた。この混合物の溶媒を濃縮し、アセトン中(100mL)に投入し、上澄みの溶液を取り除くと0.660gの生成物を得た。H-NMRで分析したところ、この生成物は、下記式(VII)で表されるものであることがわかった。この生成物を、「化合物14」という。化合物14のH-NMRを以下に示す。
(Example 6)
Compound 9 (1.00 g) and 2-bromoethanol (1.32 g) were dissolved in acetonitrile (10 mL) and heated to reflux. The mixture was concentrated, acetone (30 mL) was added to the residue and stirred, and the supernatant solution was removed. The obtained solid was dissolved in a mixed solvent of acetonitrile and water (15 mL, 2/1, v/v), and tetrabutylammonium chloride (7.37 g) was dissolved in a mixed solvent of acetonitrile and water (7.5 mL, 2/1). , v/v) was added. The solvent of this mixture was concentrated, poured into acetone (100 mL), and the supernatant solution was removed to yield 0.660 g of product. Analysis by 1 H-NMR revealed that this product was represented by the following formula (VII). This product is referred to as "Compound 14." 1 H-NMR of Compound 14 is shown below.

H-NMR(400MHz,DO):δ9.20(12H,d,7.0),9.13(8H,d,6.7),8.62-8.57(20H,m),7.83(4H,s),7.81(2H,s),6.04(12H,s),4.86(8H,t,5.0),4.14(8H,t,5.0)。 1H -NMR (400MHz, D 2 O): δ9.20 (12H, d, 7.0), 9.13 (8H, d, 6.7), 8.62-8.57 (20H, m) , 7.83 (4H, s), 7.81 (2H, s), 6.04 (12H, s), 4.86 (8H, t, 5.0), 4.14 (8H, t, 5 .0).

(実施例7)
1,3,5-トリス(ブロモメチル)ベンゼン(21.0g)とヘキサフルオロリン酸アンモニウム(3.00g)をN,N-ジメチルホルムアミド(30mL)に溶解し、化合物1(2.00g)を加え、マイクロ波をあてながら90℃で加熱攪拌した。室温まで冷却後、ジクロロメタン中(400mL)に投入し、ろ過した。得られた固体を、アセトニトリルとメタノールの混合溶媒(40mL、1/1、v/v)に分散させ、ヘキサフルオロリン酸アンモニウム(6.58g)を加えた。この混合物を水中(400mL)に投入し、得られた固体をろ過すると4.36gの生成物を得た。H-NMRで分析したところ、この生成物は、下記式で表されるものであることがわかった。この生成物を、「化合物15」という。化合物15のH-NMRを以下に示す。
(Example 7)
1,3,5-tris(bromomethyl)benzene (21.0 g) and ammonium hexafluorophosphate (3.00 g) were dissolved in N,N-dimethylformamide (30 mL), and compound 1 (2.00 g) was added. The mixture was heated and stirred at 90° C. while being exposed to microwaves. After cooling to room temperature, the mixture was poured into dichloromethane (400 mL) and filtered. The obtained solid was dispersed in a mixed solvent of acetonitrile and methanol (40 mL, 1/1, v/v), and ammonium hexafluorophosphate (6.58 g) was added. The mixture was poured into water (400 mL) and the resulting solid was filtered to yield 4.36 g of product. Analysis by 1 H-NMR revealed that this product was represented by the following formula. This product is referred to as "Compound 15." 1 H-NMR of Compound 15 is shown below.

H-NMR(400MHz,CDCN):δ8.95(6H,d,6.7),8.90(6H,d,6.7),8.39-8.36(12H,m),7.64(3H,s),7.60(3H,s),7.47(6H,s),5.8(6H,s),5.79 (6H,s),4.57(12H,s)。 1 H-NMR (400 MHz, CD 3 CN): δ8.95 (6H, d, 6.7), 8.90 (6H, d, 6.7), 8.39-8.36 (12H, m) , 7.64 (3H, s), 7.60 (3H, s), 7.47 (6H, s), 5.8 (6H, s), 5.79 (6H, s), 4.57 ( 12H, s).

4,4’-ビピリジル(26.3g)とヘキサフルオロリン酸アンモニウム(4.10g)をN,N-ジメチルホルムアミド(40mL)に加熱溶解した。この混合物を室温まで冷やした後、化合物15(3.20g)を加え、マイクロ波をあてながら90℃で加熱攪拌した。室温まで冷却後、ジクロロメタン中(800mL)に投入し、ろ過した。得られた固体を、アセトニトリルとメタノールの混合溶媒(50mL、1/1、v/v)に分散させた。上述の操作を繰り返し、反応と処理を2回行った。2回の反応で得られた分散液を混合し、ヘキサフルオロリン酸アンモニウム(19.2g)を加えた。この混合物を水中(800mL)に投入し、得られた固体をろ過すると10.1gの生成物を得た。H-NMRで分析したところ、この生成物は、下記式で表されるものであることがわかった。この生成物を、「化合物16」という。化合物16のH-NMRを以下に示す。 4,4'-bipyridyl (26.3 g) and ammonium hexafluorophosphate (4.10 g) were heated and dissolved in N,N-dimethylformamide (40 mL). After cooling this mixture to room temperature, compound 15 (3.20 g) was added, and the mixture was heated and stirred at 90° C. while being exposed to microwaves. After cooling to room temperature, the mixture was poured into dichloromethane (800 mL) and filtered. The obtained solid was dispersed in a mixed solvent of acetonitrile and methanol (50 mL, 1/1, v/v). The above operation was repeated and the reaction and treatment were performed twice. The dispersions obtained in the two reactions were mixed, and ammonium hexafluorophosphate (19.2 g) was added. This mixture was poured into water (800 mL) and the resulting solid was filtered to yield 10.1 g of product. Analysis by 1 H-NMR revealed that this product was represented by the following formula. This product is referred to as "Compound 16." 1 H-NMR of Compound 16 is shown below.

H-NMR(400MHz,CDCN):δ8.92-8.89(12H,m),8.81(12H,dd,4.7,1.7),8.76(12H,d,6.6),8.38(12H,d,6.6),8.31(12H,d,6.6),7.75(12H,dd,4.4,1.7),7.63(3H,s),7.59(6H,s),7.56(3H,s),5.81(12H,s),5.75(12H,s)。 1 H-NMR (400 MHz, CD 3 CN): δ8.92-8.89 (12H, m), 8.81 (12H, dd, 4.7, 1.7), 8.76 (12H, d, 6.6), 8.38 (12H, d, 6.6), 8.31 (12H, d, 6.6), 7.75 (12H, dd, 4.4, 1.7), 7. 63 (3H, s), 7.59 (6H, s), 7.56 (3H, s), 5.81 (12H, s), 5.75 (12H, s).

化合物16(19.3g)と1,3-プロパンスルトン(5.87g)をアセトニトリル(200mL)に溶解し加熱還流した。この混合物を室温まで冷やした後、水(50mL)を加え不溶物を溶かした。溶媒を濃縮後の残渣にアセトン(300mL)を加え攪拌し、上澄みの溶液を取り除いた。得られた固体をアセトニトリルと水の混合溶媒(150mL、2/1、v/v)に溶かし、テトラブチルアンモニウムクロリド(89.1g)をアセトニトリルと水の混合溶媒(120mL、3/1、v/v)に溶かしたものを加えた。この混合物の溶媒を濃縮し、アセトン中(800mL)に投入し、上澄みの溶液を取り除いた。得られた粘性液体を水(50mL)に溶かし、テトラブチルアンモニウムクロリド(17.8g)を加えた後、アセトン中(800mL)に投入し、上澄みの溶液を取り除いた。得られた粘性液体を水(80mL)に溶かし、アセトニトリルとアセトンの混合溶媒(800mL、1/1、v/v)に投入し、上澄みの溶液を取り除くと16.4gの生成物を得た。H-NMRで分析したところ、この生成物は、下記式(VIII)で表されるものであることがわかった。この生成物を、「化合物17」という。化合物17のH-NMRを以下に示す。 Compound 16 (19.3 g) and 1,3-propane sultone (5.87 g) were dissolved in acetonitrile (200 mL) and heated to reflux. After cooling the mixture to room temperature, water (50 mL) was added to dissolve insoluble matter. After concentrating the solvent, acetone (300 mL) was added to the residue and stirred, and the supernatant solution was removed. The obtained solid was dissolved in a mixed solvent of acetonitrile and water (150 mL, 2/1, v/v), and tetrabutylammonium chloride (89.1 g) was dissolved in a mixed solvent of acetonitrile and water (120 mL, 3/1, v/v). v) was added to the solution. The solvent of this mixture was concentrated, poured into acetone (800 mL), and the supernatant solution was removed. The obtained viscous liquid was dissolved in water (50 mL), tetrabutylammonium chloride (17.8 g) was added, and then poured into acetone (800 mL), and the supernatant solution was removed. The resulting viscous liquid was dissolved in water (80 mL), poured into a mixed solvent of acetonitrile and acetone (800 mL, 1/1, v/v), and the supernatant solution was removed to obtain 16.4 g of product. Analysis by 1 H-NMR revealed that this product was represented by the following formula (VIII). This product is referred to as "Compound 17." 1 H-NMR of Compound 17 is shown below.

H-NMR(400MHz,DO):δ9.24-9.20(36H,m),8.64-8.60(36H,m),7.92(3H,s),7.87(6H,s),7.79(3H,s),6.09-6.03(24H,m),4.94(12H,t,7.3),3.05(12H,t,7.3),2.61-2.54(12H,m)。 1H -NMR (400MHz, D2O ): δ9.24-9.20 (36H, m), 8.64-8.60 (36H, m), 7.92 (3H, s), 7.87 (6H, s), 7.79 (3H, s), 6.09-6.03 (24H, m), 4.94 (12H, t, 7.3), 3.05 (12H, t, 7 .3), 2.61-2.54 (12H, m).

(実施例8)
1,3,5-トリス(ブロモメチル)ベンゼン(16.7g)とヘキサフルオロリン酸アンモニウム(2.28g)をN,N-ジメチルホルムアミド(40mL)に溶解し、化合物9(2.2g)を加え、マイクロ波をあてながら90℃で加熱攪拌した。室温まで冷却後、ジクロロメタン中(600mL)に投入し、ろ過した。得られた固体を、アセトニトリルとメタノールの混合溶媒(70mL、1/1、v/v)に分散させ、ヘキサフルオロリン酸アンモニウム(5.33g)を加えた。この混合物を水中(800mL)に投入し、得られた固体をろ過すると3.91gの生成物を得た。H-NMRで分析したところ、この生成物は、下記式で表されるものであることがわかった。この生成物を、「化合物18」という。化合物18のH-NMRを以下に示す。
(Example 8)
1,3,5-tris(bromomethyl)benzene (16.7 g) and ammonium hexafluorophosphate (2.28 g) were dissolved in N,N-dimethylformamide (40 mL), and compound 9 (2.2 g) was added. The mixture was heated and stirred at 90° C. while being exposed to microwaves. After cooling to room temperature, the mixture was poured into dichloromethane (600 mL) and filtered. The obtained solid was dispersed in a mixed solvent of acetonitrile and methanol (70 mL, 1/1, v/v), and ammonium hexafluorophosphate (5.33 g) was added. This mixture was poured into water (800 mL) and the resulting solid was filtered to yield 3.91 g of product. Analysis by 1 H-NMR revealed that this product was represented by the following formula. This product is referred to as "Compound 18." 1 H-NMR of Compound 18 is shown below.

H-NMR(400MHz,CDCN):δ8.96-8.89(20H,m),8.40-8.37(20H,m),7.63-7.60(10H,m),7.47(8H,s),5.81(12H,s),5.79(8H,s),4.57(16H,s)。 1H -NMR (400MHz, CD3CN ): δ8.96-8.89 (20H, m), 8.40-8.37 (20H, m), 7.63-7.60 (10H, m) , 7.47 (8H, s), 5.81 (12H, s), 5.79 (8H, s), 4.57 (16H, s).

4,4’-ビピリジル(14.0g)とヘキサフルオロリン酸アンモニウム(3.65g)をN,N-ジメチルホルムアミド(40mL)に加熱溶解した。この混合物を室温まで冷やした後、化合物18(2.00g)を加え、マイクロ波をあてながら90℃で加熱攪拌した。室温まで冷却後、ジクロロメタン中(500mL)に投入し、ろ過した。得られた固体を、アセトニトリルとメタノールの混合溶媒(50mL、1/1、v/v)に分散し、ヘキサフルオロリン酸アンモニウム(3.65g)を加えた。この混合物を水中(400mL)に投入し、得られた固体をろ過すると2.94gの生成物を得た。H-NMRで分析したところ、この生成物は、下記式で表されるものであることがわかった。この生成物を、「化合物19」という。化合物19のH-NMRを以下に示す。 4,4'-bipyridyl (14.0 g) and ammonium hexafluorophosphate (3.65 g) were heated and dissolved in N,N-dimethylformamide (40 mL). After cooling this mixture to room temperature, compound 18 (2.00 g) was added, and the mixture was heated and stirred at 90° C. while being exposed to microwaves. After cooling to room temperature, the mixture was poured into dichloromethane (500 mL) and filtered. The obtained solid was dispersed in a mixed solvent of acetonitrile and methanol (50 mL, 1/1, v/v), and ammonium hexafluorophosphate (3.65 g) was added. This mixture was poured into water (400 mL) and the resulting solid was filtered to yield 2.94 g of product. Analysis by 1 H-NMR revealed that this product was represented by the following formula. This product is referred to as "Compound 19." 1 H-NMR of Compound 19 is shown below.

H-NMR(400MHz,CDCN):δ8.94-8.89(20H,m),8.80(16H,dd,4.5,1.7),8.76(16H,d,6.7),8.42-8.37(20H,m),8.31(16H,d,6.7),7.75(16H,dd,4.5,1.7),7.65-7.56(18H,m),5.81(20H,s),5.75(16H,s)。 1H -NMR (400MHz, CD3CN ): δ8.94-8.89 (20H, m), 8.80 (16H, dd, 4.5, 1.7), 8.76 (16H, d, 6.7), 8.42-8.37 (20H, m), 8.31 (16H, d, 6.7), 7.75 (16H, dd, 4.5, 1.7), 7. 65-7.56 (18H, m), 5.81 (20H, s), 5.75 (16H, s).

化合物19(20.0g)と1,3-プロパンスルトン(5.49g)をアセトニトリル(200mL)に溶解し加熱還流した。この混合物を室温まで冷やした後、水(50mL)を加え不溶物を溶かした。溶媒を濃縮後の残渣にアセトン(300mL)を加え攪拌し、上澄みの溶液を取り除いた。得られた粘性液体をアセトニトリルと水の混合溶媒(150mL、2/1、v/v)に溶かし、テトラブチルアンモニウムクロリド(93.6g)をアセトニトリルと水の混合溶媒(120mL、3/1、v/v)に溶かしたものを加えた。この混合物の溶媒を濃縮し、アセトン中(800mL)に投入し、上澄みの溶液を取り除いた。得られた粘性液体を水(50mL)に溶かし、アセトン中(800mL)に投入し、上澄みの溶液を取り除くと14.8gの生成物を得た。H-NMRで分析したところ、この生成物は、下記式(IX)で表されるものであることがわかった。この生成物を、「化合物20」という。化合物20のH-NMRを以下に示す。 Compound 19 (20.0 g) and 1,3-propane sultone (5.49 g) were dissolved in acetonitrile (200 mL) and heated to reflux. After cooling the mixture to room temperature, water (50 mL) was added to dissolve insoluble matter. After concentrating the solvent, acetone (300 mL) was added to the residue and stirred, and the supernatant solution was removed. The obtained viscous liquid was dissolved in a mixed solvent of acetonitrile and water (150 mL, 2/1, v/v), and tetrabutylammonium chloride (93.6 g) was dissolved in a mixed solvent of acetonitrile and water (120 mL, 3/1, v/v). /v) was added. The solvent of this mixture was concentrated, poured into acetone (800 mL), and the supernatant solution was removed. The resulting viscous liquid was dissolved in water (50 mL), poured into acetone (800 mL), and the supernatant solution was removed to obtain 14.8 g of product. Analysis by 1 H-NMR revealed that this product was represented by the following formula (IX). This product is referred to as "Compound 20." 1 H-NMR of Compound 20 is shown below.

H-NMR(400MHz,DO):δ9.23-9.20(52H,m)、8.64-8.60(52H,m)、7.96-7.80(18H,m),6.09-6.06(36H,m),4.94(16H,t,7.1),3.05(16H,t,7.1),2.59-2.55(16H,m)。 1H -NMR (400MHz, D 2 O): δ9.23-9.20 (52H, m), 8.64-8.60 (52H, m), 7.96-7.80 (18H, m) , 6.09-6.06 (36H, m), 4.94 (16H, t, 7.1), 3.05 (16H, t, 7.1), 2.59-2.55 (16H, m).

(実施例9)
図3に示した装置を用いてクロスオーバー試験を行い、化合物の易動性を評価した。厚さ50μmのナフィオン膜51を挟むような形でΦ(直径)1cmサイズのカーボンフェルト52をそれぞれ両側に配置し、容器Aには対象となる化合物の入った溶液を、容器Bには支持電解質のみが入った溶液を準備し、それぞれ10mL/分でセルに流し込み、AからBに移動した化合物の濃度を一定時間ごとにサンプリングし、紫外可視分光光度計によって定量した。試験は、化合物2及び化合物7、並びに化合物7に類似した比較化合物(1,1’-ビス(2-ヒドロキシエチル)-4,4’-ビピリジニウムジクロリド)を対象とした。濃度は構成単位であるビオローゲンユニットの濃度が0.1Mとなるように調製し、支持電解質として1M塩化カリウムを用いた。その結果を図4に示す。図4の縦軸はAからBに移動した化合物の濃度を示しており、この値が大きいほど、よりクロスオーバーしていることを表している。比較化合物が最もクロスオーバーしやすく、化合物2及び化合物7では劇的にクロスオーバーが抑えられていることが分かる。クロスオーバー量からナフィオン膜に対するそれぞれの化合物の透過係数を算出した結果を以下の表1に示す。
(Example 9)
A cross-over test was conducted using the apparatus shown in FIG. 3 to evaluate the mobility of the compound. Carbon felts 52 with a diameter of 1 cm are placed on both sides of the Nafion membrane 51 with a thickness of 50 μm, and a solution containing the target compound is placed in container A, and a supporting electrolyte is placed in container B. A solution containing only A was prepared, and each solution was poured into a cell at a rate of 10 mL/min, and the concentration of the compound transferred from A to B was sampled at regular time intervals and quantified using an ultraviolet-visible spectrophotometer. The test covered Compound 2 and Compound 7, as well as a comparison compound similar to Compound 7 (1,1'-bis(2-hydroxyethyl)-4,4'-bipyridinium dichloride). The concentration was adjusted so that the concentration of the viologen unit, which is a structural unit, was 0.1M, and 1M potassium chloride was used as the supporting electrolyte. The results are shown in FIG. The vertical axis of FIG. 4 shows the concentration of the compound that moved from A to B, and the larger this value is, the more crossover occurs. It can be seen that the comparative compound is the most likely to cross over, and that crossover is dramatically suppressed in Compound 2 and Compound 7. The results of calculating the permeability coefficient of each compound to the Nafion membrane from the crossover amount are shown in Table 1 below.

表1に示したように、比較化合物に比べて化合物2及び化合物7の透過係数は100倍以上小さいことが分かった。なおバナジウムレドックスフロー電池に用いられる酸化硫酸バナジウム(VOSO)のナフィオン膜に対する透過係数は7.95×10-9cm/sであり、これと比較しても化合物2及び化合物7は実用上極めて有望であると考えられる。 As shown in Table 1, it was found that the permeability coefficients of Compound 2 and Compound 7 were more than 100 times smaller than those of the comparative compounds. Note that the permeability coefficient of vanadium oxide sulfate (VOSO 4 ) used in vanadium redox flow batteries through the Nafion membrane is 7.95×10 −9 cm 2 /s, and compared to this, compounds 2 and 7 are practically It is considered to be extremely promising.

以上の結果から、本発明の化合物は、レドックスフロー電池の活物質として用いることにより、性能低下の原因となるクロスオーバーを大幅に低減できることがわかった。なお、化合物2及び化合物7と比べて分子サイズが大きい化合物10、化合物13、化合物14、化合物17、及び化合物20についても、一般的に用いられている隔膜の空孔サイズより分子サイズの方が大きくなるためクロスオーバーの低減を大幅に達成できると考えられる。 From the above results, it was found that when the compound of the present invention is used as an active material in a redox flow battery, crossover, which causes performance deterioration, can be significantly reduced. Furthermore, regarding Compound 10, Compound 13, Compound 14, Compound 17, and Compound 20, which have larger molecular sizes than Compounds 2 and 7, the molecular size is larger than the pore size of commonly used diaphragms. It is thought that it is possible to achieve a significant reduction in crossover due to the increased size.

(実施例10)
作用極にグラッシーカーボン電極、対極に白金線、参照極に銀-塩化銀電極を用いて、化合物の濃度を構成単位で10mMとなるように調製し、1M KCl水溶液を支持電解質として、掃引速度0.1V/秒にてサイクリックボルタンメトリーにより酸化還元電位を調べた。その結果を以下の表2に示す。表2に示すように、合成した化合物は可逆な酸化還元応答を示すことが分かった。また酸化還元電位が-0.4V~-0.5V付近にあり、これはバナジウムレドックスフロー電池に用いられる負極電解液の酸化還元電位とほぼ同じ程度であることから、バナジウムレドックスフロー電池に替わる材料として適用可能であることを示している。
(Example 10)
Using a glassy carbon electrode as a working electrode, a platinum wire as a counter electrode, and a silver-silver chloride electrode as a reference electrode, the concentration of the compound was adjusted to 10 mM in constituent units, and a 1M KCl aqueous solution was used as a supporting electrolyte at a sweep rate of 0. The redox potential was examined by cyclic voltammetry at .1 V/sec. The results are shown in Table 2 below. As shown in Table 2, it was found that the synthesized compound exhibited a reversible redox response. In addition, the redox potential is around -0.4V to -0.5V, which is approximately the same as the redox potential of the negative electrode electrolyte used in vanadium redox flow batteries, so it is considered an alternative material to vanadium redox flow batteries. This shows that it is applicable as

本発明により、レドックスフロー電池の性能低下の原因となるクロスオーバーを低減することができる化合物を得ることができる。本発明の化合物は、電気化学デバイスなどとして用いることができる。また、本発明の電気化学デバイスは、レドックスフロー電池やレドックスキャパシタなどとして有用である。 According to the present invention, it is possible to obtain a compound that can reduce crossover, which causes a decrease in the performance of a redox flow battery. The compound of the present invention can be used as an electrochemical device and the like. Further, the electrochemical device of the present invention is useful as a redox flow battery, a redox capacitor, and the like.

1、30 負極
2 負極セル
3、31 正極
4 正極セル
5、32 隔膜
6 試験セル
7 負極電解液用のタンク
8 正極電解液用のタンク
9、10 ポンプ
11 レドックスフロー電池
21 小型試験セル
33、34 グラファイト複合集電板
35、36 ガスケット
37 負極端子
38 正極端子
39、40 バックプレート
41~44 チューブ
51 ナフィオン膜
52 カーボンフェルト

1, 30 Negative electrode 2 Negative electrode cell 3, 31 Positive electrode 4 Positive electrode cell 5, 32 Diaphragm 6 Test cell 7 Tank for negative electrode electrolyte 8 Tank for positive electrode electrolyte 9, 10 Pump 11 Redox flow battery 21 Small test cell 33, 34 Graphite composite current collector plates 35, 36 Gasket 37 Negative terminal 38 Positive terminal 39, 40 Back plate 41 to 44 Tube 51 Nafion membrane 52 Carbon felt

Claims (8)

一般式(I)
(式中、Arは、置換若しくは未置換のアリール基、置換若しくは未置換のヘテロアリール基、又はビピリジニウム基であり、aは0又は1の整数であり、bは0~5の整数であり、cは1~6の整数であり、dは1~5の整数であり、eは1~6の整数であり、nは分子の電気的中性を保つために必要な整数であり、Xは、ハロゲンアニオン、BF 、PF 、ClO 、SO 2-、NO 、N(CFSO 、CFSO 、及びCFCO からなる群より選択されるカウンターアニオンであり、Yは、ヒドロキシ基、アルキルアンモニウム基、スルホン酸基、ホスホン酸基、リン酸基、カルボキシ基、ホウ酸基、及びこれらの塩に相当する基からなる群より選択される親水性の置換基である。)で表されるビオローゲン誘導体。
General formula (I)
(wherein, Ar is a substituted or unsubstituted aryl group, a substituted or unsubstituted heteroaryl group, or a bipyridinium group, a is an integer of 0 or 1, b is an integer of 0 to 5, c is an integer of 1 to 6, d is an integer of 1 to 5, e is an integer of 1 to 6, n is an integer necessary to maintain the electrical neutrality of the molecule, and X is an integer of 1 to 6. , halogen anion, BF 4 , PF 6 , ClO 4 , SO 4 2− , NO 3 , N(CF 3 SO 2 ) 2 , CF 3 SO 3 , and CF 3 CO 2 Y is a counter anion selected from the group consisting of a hydroxy group, an alkylammonium group, a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, a phosphoric acid group, a carboxy group, a boric acid group, and a group corresponding to a salt thereof. A viologen derivative represented by a selected hydrophilic substituent.
前記アリール基又はヘテロアリール基の置換基が、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アミノ基、アルコキシ基、ハロアルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルホニルアミノ基、スルファモイル基、カルバモイル基、アルキルチオ基、アリールチオ基、スルホニル基、ハロゲン原子、シアノ基及びヘテロ環基からなる群から選択される基である、請求項1に記載のビオローゲン誘導体。 The substituent of the aryl group or heteroaryl group is an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, an amino group, an alkoxy group, a haloalkoxy group, an aryloxy group, an acyl group, an alkoxycarbonyl group, an aryloxycarbonyl group, Selected from the group consisting of acyloxy group, acylamino group, alkoxycarbonylamino group, aryloxycarbonylamino group, sulfonylamino group, sulfamoyl group, carbamoyl group, alkylthio group, arylthio group, sulfonyl group, halogen atom, cyano group, and heterocyclic group The viologen derivative according to claim 1, which is a group that is 前記Arが、未置換のアリール基、未置換のヘテロアリール基、又はビピリジニウム基である、請求項1に記載のビオローゲン誘導体。 The viologen derivative according to claim 1, wherein the Ar is an unsubstituted aryl group, an unsubstituted heteroaryl group, or a bipyridinium group. 前記Arが、フェニル基、ビピリジニウム基、ピラジニウム基又はトリアジニウム基である、請求項1に記載のビオローゲン誘導体。 The viologen derivative according to claim 1, wherein the Ar is a phenyl group, a bipyridinium group, a pyrazinium group, or a triazinium group. 下記式(II)~(IX)で表される化合物である、請求項1に記載のビオローゲン誘導体。
The viologen derivative according to claim 1, which is a compound represented by the following formulas (II) to (IX).
請求項1~5のいずれか一項に記載のビオローゲン誘導体を備える電気化学デバイス。 An electrochemical device comprising the viologen derivative according to any one of claims 1 to 5. 請求項6に記載の電気化学デバイスが、レドックスフロー電池である電気化学デバイス。 The electrochemical device according to claim 6, wherein the electrochemical device is a redox flow battery. 請求項6に記載の電気化学デバイスが、レドックスキャパシタである電気化学デバイス。

The electrochemical device according to claim 6, wherein the electrochemical device is a redox capacitor.

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