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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024093995
(43)【公開日】2024-07-09
(54)【発明の名称】有機金属錯体、電解液、および電池
(51)【国際特許分類】
H01M 8/18 20060101AFI20240702BHJP
【ＦＩ】
H01M8/18
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022210682
(22)【出願日】2022-12-27
(71)【出願人】
【識別番号】000002130
【氏名又は名称】住友電気工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100100147
【弁理士】
【氏名又は名称】山野 宏
(74)【代理人】
【識別番号】100116366
【弁理士】
【氏名又は名称】二島 英明
(72)【発明者】
【氏名】花房 慶
(72)【発明者】
【氏名】高桑 達哉
(72)【発明者】
【氏名】増田 周弥
(72)【発明者】
【氏名】大川 建二郎
【テーマコード（参考）】
5H126
【Ｆターム（参考）】
5H126AA03
5H126BB10
5H126GG01
5H126GG02
5H126GG17
5H126RR01
(57)【要約】
【課題】水に対する高い溶解性と安定性とを有する有機金属錯体を提供する。
【解決手段】中心金属と、配位子とを有し、前記中心金属は、遷移金属元素であり、前記配位子は、アミノ基と、カルボキシル基と、複素環式化合物とを含む、有機金属錯体。
【選択図】図２
【解決手段】中心金属と、配位子とを有し、前記中心金属は、遷移金属元素であり、前記配位子は、アミノ基と、カルボキシル基と、複素環式化合物とを含む、有機金属錯体。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
中心金属と、配位子とを有し、
前記中心金属は、遷移金属元素であり、
前記配位子は、アミノ基と、カルボキシル基と、複素環式化合物とを含む、
有機金属錯体。
前記中心金属は、遷移金属元素であり、
前記配位子は、アミノ基と、カルボキシル基と、複素環式化合物とを含む、
有機金属錯体。
【請求項2】
前記複素環式化合物が不飽和結合を有する、請求項１に記載の有機金属錯体。
【請求項3】
前記複素環式化合物が芳香環を有する、請求項２に記載の有機金属錯体。
【請求項4】
前記複素環式化合物を構成する環は５員環以上８員環以下である、請求項１に記載の有機金属錯体。
【請求項5】
前記複素環式化合物を構成する環はヘテロ原子を含み、
前記ヘテロ原子は、硫黄、酸素、窒素およびリンからなる群より選択される少なくとも一種の原子である、請求項１に記載の有機金属錯体。
前記ヘテロ原子は、硫黄、酸素、窒素およびリンからなる群より選択される少なくとも一種の原子である、請求項１に記載の有機金属錯体。
【請求項6】
前記ヘテロ原子が窒素である、請求項５に記載の有機金属錯体。
【請求項7】
前記複素環式化合物は、イミダゾール基、ピラゾール基、オキサゾール基、イソオキサゾール基、チアゾール基、イソチアゾール基、トリアゾール基、ピロール基、フラザン基、オキサジアゾール基、チアジアゾール基、ジオキサゾール基、ジチアゾール基、テトラゾール基、オキサテトラゾール基、チアテトラゾール基、ペンタゾール基、ピリジン基、ピラン基、ホスホリン基、チオピラン基、ピラジン基、ピリミジン基、ピリダジン基、オキサジン基、チアジン基、ジオキシン基、ジチイン基、トリアジン基、アゼピン基、オキセピン基、チエピン基、ジアゼピン基、チアゼピン基、インドール基、イソインドール基、ベンゾイミダゾール基、プリン基、ベンゾトリアゾール基、キノリン基、イソキノリン基、キナゾリン基、シンノリン基およびプテリジン基からなる群より選択される少なくとも一種の官能基を含む、請求項１に記載の有機金属錯体。
【請求項8】
前記配位子の分子量が３００以下である、請求項１に記載の有機金属錯体。
【請求項9】
前記中心金属に対する前記配位子のモル比が１以上３以下である、請求項１に記載の有機金属錯体。
【請求項10】
前記中心金属は、クロム、チタン、鉄、マンガンおよびセリウムからなる群より選択される少なくとも一種の元素である、請求項１に記載の有機金属錯体。
【請求項11】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の有機金属錯体と、水とを含む、
電解液。
電解液。
【請求項12】
請求項１１に記載の電解液を備える、
電池。
電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、有機金属錯体、電解液、および電池に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１から特許文献３は、レドックスフロー電池に使用される電解液を開示する。電解液は、酸化還元反応を行う活物質が溶媒に溶解した溶液である。特許文献１は、鉄イオンとエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）とを含む負極電解液を開示する。鉄イオンは、負極活物質として機能する。特許文献２は、チタンイオンとＥＤＴＡとを含む負極電解液、およびクロムイオンとＥＤＴＡとを含む負極電解液を開示する。チタンイオンおよびクロムイオンは、負極活物質として機能する。特許文献３は、マンガンイオンとＥＤＴＡとを含む正極電解液を開示する。マンガンイオンは、正極活物質として機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開昭５６－４２９７０号公報
【特許文献2】特開昭５７－９０７２号公報
【特許文献3】特開昭５７－９０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
例えば、レドックスフロー電池に使用する電解液には、水を溶媒とする水系電解液が使用されている。レドックスフロー電池は、正極活物質と負極活物質との酸化還元電位の差によって、起電力が発生する。電解液は、レドックスフロー電池のエネルギー密度を高める目的で、活物質の濃度が高いことが望まれる。そのため、活物質には、水に対する溶解性と安定性が要求される。
【0005】
電解液の溶媒に対する活物質の溶解度を高めるために、金属イオンに有機化合物が結合された金属錯体を活物質に用いることが検討されている。しかし、従来の金属錯体からなる活物質は、水に対する溶解性が十分とはいえない。
【0006】
本開示は、水に対する高い溶解性と安定性とを有する有機金属錯体を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の有機金属錯体は、
中心金属と、配位子とを有し、
前記中心金属は、遷移金属元素であり、
前記配位子は、アミノ基と、カルボキシル基と、複素環式化合物とを含む。
中心金属と、配位子とを有し、
前記中心金属は、遷移金属元素であり、
前記配位子は、アミノ基と、カルボキシル基と、複素環式化合物とを含む。
【発明の効果】
【0008】
本開示の有機金属錯体は、水に対する高い溶解性と安定性とを有する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
【0011】
（１）本開示の有機金属錯体は、
中心金属と、配位子とを有し、
前記中心金属は、遷移金属元素であり、
前記配位子は、アミノ基と、カルボキシル基と、複素環式化合物とを含む。
中心金属と、配位子とを有し、
前記中心金属は、遷移金属元素であり、
前記配位子は、アミノ基と、カルボキシル基と、複素環式化合物とを含む。
【0012】
本開示の有機金属錯体は、中心金属のまわりに配位子が結合している化合物である。配位子は、アミノ基とカルボキシル基とを有するアミノ酸であって、複素環式化合物を含む有機化合物である。つまり、本開示の有機金属錯体は、アミノ酸金属錯体である。本開示の有機金属錯体は、例えば、電池の電解液に含まれる活物質に利用できる。
【0013】
本開示の有機金属錯体は、配位子が複素環式化合物を含むアミノ酸であることで、水に対する高い溶解性と安定性とを有する。アミノ酸は極性が高いため、アミノ酸を配位子とした有機金属錯体は溶解性が高い。更に、有機金属錯体の構造は、配位子が複素環式化合物を含むアミノ酸であることで、対称性が低い。このような構造を有する有機金属錯体は、高い溶解性を有する。また、この有機金属錯体は、ヤーンテラー効果によって、安定性が高くなる。
【0014】
（２）上記（１）の有機金属錯体において、
前記複素環式化合物が不飽和結合を有してもよい。
前記複素環式化合物が不飽和結合を有してもよい。
【0015】
上記（２）の有機金属錯体は、安定性が高い。
【0016】
（３）上記（２）の有機金属錯体において
前記複素環式化合物が芳香環を有してもよい。
前記複素環式化合物が芳香環を有してもよい。
【0017】
上記（３）の有機金属錯体は、安定性が高い。芳香環は不飽和結合を有している。
【0018】
（４）上記（１）から（３）のいずれかの有機金属錯体において、
前記複素環式化合物を構成する環は５員環以上８員環以下であってもよい。
前記複素環式化合物を構成する環は５員環以上８員環以下であってもよい。
【0019】
複素環式化合物の環が５員環以上であることで、安定性が高い。複素環式化合物の環が８員環以下であることで、有機金属錯体が水に溶けやすい。
【0020】
（５）上記（１）から（４）のいずれかの有機金属錯体において、
前記複素環式化合物を構成する環はヘテロ原子を含み、
前記ヘテロ原子は、硫黄、酸素、窒素およびリンからなる群より選択される少なくとも一種の原子であってもよい。
前記複素環式化合物を構成する環はヘテロ原子を含み、
前記ヘテロ原子は、硫黄、酸素、窒素およびリンからなる群より選択される少なくとも一種の原子であってもよい。
【0021】
複素環式化合物の環にヘテロ原子が存在する場合、有機金属錯体の構造の対称性が低くなる。そのため、有機金属錯体の溶解性が高くなる。また、複素環式化合物の環にヘテロ原子が存在することで、有機金属錯体の安定性が高くなる。
【0022】
（６）上記（５）の有機金属錯体において、
前記ヘテロ原子が窒素であってもよい。
前記ヘテロ原子が窒素であってもよい。
【0023】
上記（６）の有機金属錯体は、溶解性が高く、かつ安定性が高い。
【0024】
（７）上記（１）から（６）のいずれかの有機金属錯体において、
前記複素環式化合物は、イミダゾール基、ピラゾール基、オキサゾール基、イソオキサゾール基、チアゾール基、イソチアゾール基、トリアゾール基、ピロール基、フラザン基、オキサジアゾール基、チアジアゾール基、ジオキサゾール基、ジチアゾール基、テトラゾール基、オキサテトラゾール基、チアテトラゾール基、ペンタゾール基、ピリジン基、ピラン基、ホスホリン基、チオピラン基、ピラジン基、ピリミジン基、ピリダジン基、オキサジン基、チアジン基、ジオキシン基、ジチイン基、トリアジン基、アゼピン基、オキセピン基、チエピン基、ジアゼピン基、チアゼピン基、インドール基、イソインドール基、ベンゾイミダゾール基、プリン基、ベンゾトリアゾール基、キノリン基、イソキノリン基、キナゾリン基、シンノリン基およびプテリジン基からなる群より選択される少なくとも一種の官能基を含んでもよい。
前記複素環式化合物は、イミダゾール基、ピラゾール基、オキサゾール基、イソオキサゾール基、チアゾール基、イソチアゾール基、トリアゾール基、ピロール基、フラザン基、オキサジアゾール基、チアジアゾール基、ジオキサゾール基、ジチアゾール基、テトラゾール基、オキサテトラゾール基、チアテトラゾール基、ペンタゾール基、ピリジン基、ピラン基、ホスホリン基、チオピラン基、ピラジン基、ピリミジン基、ピリダジン基、オキサジン基、チアジン基、ジオキシン基、ジチイン基、トリアジン基、アゼピン基、オキセピン基、チエピン基、ジアゼピン基、チアゼピン基、インドール基、イソインドール基、ベンゾイミダゾール基、プリン基、ベンゾトリアゾール基、キノリン基、イソキノリン基、キナゾリン基、シンノリン基およびプテリジン基からなる群より選択される少なくとも一種の官能基を含んでもよい。
【0025】
上記（６）の有機金属錯体は、溶解性が高く、かつ安定性が高い。上記した各官能基はいずれも、ヘテロ原子を含む芳香環を有する複素環式化合物である。また、これらの官能基は、５員環以上８員環以下の複素環式化合物である。
【0026】
（８）上記（１）から（７）のいずれかの有機金属錯体において、
前記配位子の分子量が３００以下であってもよい。
前記配位子の分子量が３００以下であってもよい。
【0027】
配位子の分子量が３００以下であることで、有機金属錯体が水に溶けやすい。
【0028】
（９）上記（１）から（８）のいずれかの有機金属錯体において、
前記中心金属に対する前記配位子のモル比が１以上３以下であってもよい。
前記中心金属に対する前記配位子のモル比が１以上３以下であってもよい。
【0029】
中心金属に対する配位子のモル比が上記範囲であることで、有機金属錯体が水に溶けやすい。
【0030】
（１０）上記（１）から（９）のいずれかの有機金属錯体において、
前記中心金属は、クロム、チタン、鉄、マンガンおよびセリウムからなる群より選択される少なくとも一種の元素であってもよい。
前記中心金属は、クロム、チタン、鉄、マンガンおよびセリウムからなる群より選択される少なくとも一種の元素であってもよい。
【0031】
上記した各元素は安価である。
【0032】
（１１）本開示の電解液は、
上記（１）から（１０）のいずれか１つに記載の有機金属錯体と、水とを含む。
上記（１）から（１０）のいずれか１つに記載の有機金属錯体と、水とを含む。
【0033】
本開示の電解液は、上記した有機金属錯体が水に溶解した水系電解液である。本開示の電解液は、有機金属錯体の濃度を高めることができ、かつ、有機金属錯体が電解液中に安定して存在する。本開示の電解液は、各種の電解液、例えば、電池の電解液、キャパシタの電解液に利用できる。
【0034】
（１２）本開示の電池は、
上記（１１）に記載の電解液を備える。
上記（１１）に記載の電解液を備える。
【0035】
本開示の電池は、上記した電解液を備えることで、エネルギー密度が高い。本開示の電池は、電解液を用いる各種の電池、例えば、レドックスフロー電池である。
【0036】
［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施形態に係る、有機金属錯体、電解液、および電池の具体例を説明する。図面において、図中の同一符号は同一または相当部分を示す。
なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
以下、本開示の実施形態に係る、有機金属錯体、電解液、および電池の具体例を説明する。図面において、図中の同一符号は同一または相当部分を示す。
なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0037】
［有機金属錯体］
実施形態の有機金属錯体は、中心金属と、配位子とを有する。実施形態の有機金属錯体の特徴の１つは、配位子が複素環式化合物を含むアミノ酸である点である。以下、有機金属錯体の構成を詳しく説明する。
実施形態の有機金属錯体は、中心金属と、配位子とを有する。実施形態の有機金属錯体の特徴の１つは、配位子が複素環式化合物を含むアミノ酸である点である。以下、有機金属錯体の構成を詳しく説明する。
【0038】
（中心金属）
中心金属は、遷移金属元素である。遷移金属元素とは、周期表の第３族元素から第１２族元素に属する元素のことをいう。周期表とは、ＩＵＰＡＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｏｎ ｏｆ Ｐｕｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）で定められた長周期型周期表のことをいう。中心金属は、通常、金属イオンの状態で存在している。中心金属を構成する遷移金属元素は、１種でもよいし、２種以上でもよい。
中心金属は、遷移金属元素である。遷移金属元素とは、周期表の第３族元素から第１２族元素に属する元素のことをいう。周期表とは、ＩＵＰＡＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｏｎ ｏｆ Ｐｕｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）で定められた長周期型周期表のことをいう。中心金属は、通常、金属イオンの状態で存在している。中心金属を構成する遷移金属元素は、１種でもよいし、２種以上でもよい。
【0039】
中心金属は、有機金属錯体の用途に応じて、遷移金属元素の中から適宜選択することができる。有機金属錯体は、例えば、電池の電解液に含まれる活物質に用いることができる。例えば、有機金属錯体の用途が電池の活物質である場合、中心金属は、酸化還元反応によって価数が変化する遷移金属元素であってもよい。中心金属は、例えば、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）およびセリウム（Ｃｅ）からなる群より選択される少なくとも一種の元素である。これらの元素は、安価かつ容易に入手しやすい。
【0040】
（配位子）
配位子は、中心金属に結合している分子である。配位子は、アミノ基（－ＮＨ２）と、カルボキシル基（－ＣＯＯＨ）と、複素環式化合物とを含む有機化合物である。配位子は、アミノ基とカルボキシル基とを有するアミノ酸である。つまり、配位子は、複素環式化合物を含むアミノ酸である。アミノ基の数は１または２以上である。カルボキシル基の数は１または２以上である。複素環式化合物の数は１または２以上である。アミノ基の数、カルボキシル基の数、および複素環式化合物の数は、いずれも特に限定されない。アミノ基の数は、例えば１以上３以下である。カルボキシル基の数は、例えば１以上３以下である。複素環式化合物の数は、例えば１以上３以下である。アミノ基の数、カルボキシル基の数、および複素環式化合物の数はそれぞれ、１または２でもよい。
配位子は、中心金属に結合している分子である。配位子は、アミノ基（－ＮＨ２）と、カルボキシル基（－ＣＯＯＨ）と、複素環式化合物とを含む有機化合物である。配位子は、アミノ基とカルボキシル基とを有するアミノ酸である。つまり、配位子は、複素環式化合物を含むアミノ酸である。アミノ基の数は１または２以上である。カルボキシル基の数は１または２以上である。複素環式化合物の数は１または２以上である。アミノ基の数、カルボキシル基の数、および複素環式化合物の数は、いずれも特に限定されない。アミノ基の数は、例えば１以上３以下である。カルボキシル基の数は、例えば１以上３以下である。複素環式化合物の数は、例えば１以上３以下である。アミノ基の数、カルボキシル基の数、および複素環式化合物の数はそれぞれ、１または２でもよい。
【0041】
有機金属錯体は、中心金属に有機化合物からなる配位子が結合することによって形成される。配位子は、中心金属を挟むようにまたは囲むように配位する。１つの中心金属に対する配位子の数は、例えば１以上６以下である。配位子の数は２以上であってもよい。１つの配位子において、１つの中心金属に結合している原子の数は１または２以上である。この中心金属と直接結合する配位原子の数を配位数という。中心金属と１つの原子で結合している配位子は単座配位子と呼ばれる。中心金属と複数の原子で結合している配位子は多座配位子と呼ばれる。配位数が２以上である多座配位子は、配位数が１である単座配位子に比べて、有機金属錯体の構造が安定しやすい。配位子の配位数は、例えば１以上８以下である。配位子の配位数は４以下であってもよい。
【0042】
実施形態の有機金属錯体は、配位子が複素環式化合物を含むアミノ酸であることで、水に対する高い溶解性と安定性とを有する。アミノ酸は極性が高いため、アミノ酸を配位子とした有機金属錯体は溶解性が高い。更に、有機金属錯体の構造は、配位子が複素環式化合物を含むアミノ酸であることで、対称性が低い。このような構造を有する有機金属錯体は、高い溶解性を有する。溶解性は、水への溶けやすさを示す性質である。溶解性が高いほど、水に溶けやすい。また、この有機金属錯体は、ヤーンテラー効果によって、安定性が高くなる。安定性とは、中心金属と配位子との結合の強さを示す性質である。安定性が高いほど、中心金属と配位子とが分離しにくい。その他、実施形態の有機金属錯体は、中心金属が配位子と錯体を形成することで、中心金属の酸化還元電位を制御することができる。
【0043】
（複素環式化合物）
複素環式化合物は、複数の炭素原子が環状に結合した環を有する。複素環式化合物を構成する環は炭素原子だけでなく、ヘテロ原子を含む。つまり、複素環式化合物における環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換されている。ヘテロ原子とは、炭素以外の原子のことをいう。ヘテロ原子は、例えば、硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）およびリン（Ｐ）からなる群より選択される少なくとも一種の原子である。複素環式化合物に含まれるヘテロ原子の数は１でもよいし、２以上でもよい。ヘテロ原子の数は、例えば１以上４以下である。複素環式化合物に含まれるヘテロ原子の少なくとも１つは窒素であってもよい。つまり、複素環式化合物が１つ以上の窒素を含んでいてもよい。
複素環式化合物は、複数の炭素原子が環状に結合した環を有する。複素環式化合物を構成する環は炭素原子だけでなく、ヘテロ原子を含む。つまり、複素環式化合物における環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換されている。ヘテロ原子とは、炭素以外の原子のことをいう。ヘテロ原子は、例えば、硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）およびリン（Ｐ）からなる群より選択される少なくとも一種の原子である。複素環式化合物に含まれるヘテロ原子の数は１でもよいし、２以上でもよい。ヘテロ原子の数は、例えば１以上４以下である。複素環式化合物に含まれるヘテロ原子の少なくとも１つは窒素であってもよい。つまり、複素環式化合物が１つ以上の窒素を含んでいてもよい。
【0044】
複素環式化合物の環にヘテロ原子が存在する場合、有機金属錯体の構造の対称性が低くなる。そのため、有機金属錯体の溶解性が高くなる。また、複素環式化合物の環にヘテロ原子が存在することで、有機金属錯体の安定性が高くなる。つまり、複素環式化合物の環がヘテロ原子を含む場合、有機金属錯体の溶解性および安定性が高くなる。
【0045】
〈不飽和結合〉
複素環式化合物は不飽和結合を有してもよい。不飽和結合とは、環を構成する原子が二重結合していることをいう。複素環式化合物は芳香環を有してもよい。つまり、複素環式化合物は芳香族化合物であってもよい。芳香環は不飽和結合を有している。複素環式化合物が不飽和結合を有することで、有機金属錯体の安定性が高くなる。
複素環式化合物は不飽和結合を有してもよい。不飽和結合とは、環を構成する原子が二重結合していることをいう。複素環式化合物は芳香環を有してもよい。つまり、複素環式化合物は芳香族化合物であってもよい。芳香環は不飽和結合を有している。複素環式化合物が不飽和結合を有することで、有機金属錯体の安定性が高くなる。
【0046】
〈環員数〉
複素環式化合物を構成する環は、例えば５員環以上８員環以下であってもよい。５員環とは、複素環式化合物における環を構成する原子の数が５であることをいう。環を構成する原子の数を環員数という。環員数が大きいほど、環が大きい。複素環式化合物の環が５員環以上であることで、有機金属錯体の安定性が高くなる。複素環式化合物の環が８員環以下であることで、有機金属錯体が水に溶けやすい。つまり、複素環式化合物の環が５員環以上８員環以下である場合、有機金属錯体の溶解性および安定性が高くなる。複素環式化合物の環は５員環または６員環であってもよい。
複素環式化合物を構成する環は、例えば５員環以上８員環以下であってもよい。５員環とは、複素環式化合物における環を構成する原子の数が５であることをいう。環を構成する原子の数を環員数という。環員数が大きいほど、環が大きい。複素環式化合物の環が５員環以上であることで、有機金属錯体の安定性が高くなる。複素環式化合物の環が８員環以下であることで、有機金属錯体が水に溶けやすい。つまり、複素環式化合物の環が５員環以上８員環以下である場合、有機金属錯体の溶解性および安定性が高くなる。複素環式化合物の環は５員環または６員環であってもよい。
【0047】
複素環式化合物は、例えば、イミダゾール基、ピラゾール基、オキサゾール基、イソオキサゾール基、チアゾール基、イソチアゾール基、トリアゾール基、ピロール基、フラザン基、オキサジアゾール基、チアジアゾール基、ジオキサゾール基、ジチアゾール基、テトラゾール基、オキサテトラゾール基、チアテトラゾール基、ペンタゾール基、ピリジン基、ピラン基、ホスホリン基、チオピラン基、ピラジン基、ピリミジン基、ピリダジン基、オキサジン基、チアジン基、ジオキシン基、ジチイン基、トリアジン基、アゼピン基、オキセピン基、チエピン基、ジアゼピン基、チアゼピン基、インドール基、イソインドール基、ベンゾイミダゾール基、プリン基、ベンゾトリアゾール基、キノリン基、イソキノリン基、キナゾリン基、シンノリン基およびプテリジン基からなる群より選択される少なくとも一種の官能基を含んでもよい。
【0048】
上記した各官能基はいずれも、ヘテロ原子を含む芳香環を有し、かつ、５員環以上８員環以下の複素環式化合物である。複素環式化合物が上記した官能基を含むことで、有機金属錯体の溶解性および安定性が高くなる。
【0049】
〈分子量〉
配位子の分子量は、例えば３００以下であってもよい。配位子の分子量が３００以下であることで、有機金属錯体が水に溶けやすい。その結果、有機金属錯体の溶解性が高くなる。配位子の分子量が小さいほど、有機金属錯体の溶解性が高くなる。配位子の分子量は、更に２５０以下、２００以下であってもよい。配位子の分子量の下限は、例えば１３０以上である。配位子の分子量は、１３０以上３００以下、１５０以上３００以下、１６０以上２５０以下、または１７０以上２００以下であってもよい。
配位子の分子量は、例えば３００以下であってもよい。配位子の分子量が３００以下であることで、有機金属錯体が水に溶けやすい。その結果、有機金属錯体の溶解性が高くなる。配位子の分子量が小さいほど、有機金属錯体の溶解性が高くなる。配位子の分子量は、更に２５０以下、２００以下であってもよい。配位子の分子量の下限は、例えば１３０以上である。配位子の分子量は、１３０以上３００以下、１５０以上３００以下、１６０以上２５０以下、または１７０以上２００以下であってもよい。
【0050】
〈中心金属に対する配位子のモル比〉
中心金属に対する配位子のモル比は、例えば１以上３以下であってもよい。中心金属に対する配位子のモル比が上記範囲であることで、有機金属錯体が水に溶けやすい。その結果、有機金属錯体の溶解性が高くなる。中心金属に対する配位子のモル比は、更に１．５以上２．５以下であってもよい。上記モル比は、中心金属１モルに対する配位子のモル数の比を意味する。即ち、上記モル比は、配位子のモル数を中心金属のモル数で割った値である。
中心金属に対する配位子のモル比は、例えば１以上３以下であってもよい。中心金属に対する配位子のモル比が上記範囲であることで、有機金属錯体が水に溶けやすい。その結果、有機金属錯体の溶解性が高くなる。中心金属に対する配位子のモル比は、更に１．５以上２．５以下であってもよい。上記モル比は、中心金属１モルに対する配位子のモル数の比を意味する。即ち、上記モル比は、配位子のモル数を中心金属のモル数で割った値である。
【0051】
＜有機金属錯体の具体例＞
以下、有機金属錯体の一例を具体的に説明する。実施形態の有機金属錯体は、中心金属が配位子と錯体を形成することで、中心金属の酸化還元電位を制御することができる。有機金属錯体は、例えば、後述するレドックスフロー電池の活物質に利用できる。
以下、有機金属錯体の一例を具体的に説明する。実施形態の有機金属錯体は、中心金属が配位子と錯体を形成することで、中心金属の酸化還元電位を制御することができる。有機金属錯体は、例えば、後述するレドックスフロー電池の活物質に利用できる。
【0052】
中心金属の具体例は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｆｅ、ＭｎおよびＣｅからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。これらの元素は、酸化還元反応によって価数が変化する。各元素の水溶液中におけるアクア錯体の標準酸化還元電位を以下に示す。
Ｃｒ２＋／Ｃｒ３＋：約－０．４Ｖ
Ｔｉ３＋／Ｔｉ４＋：約＋０．１Ｖ
Ｆｅ２＋／Ｆｅ３＋：約＋０．７Ｖ
Ｍｎ２＋／Ｍｎ３＋：約＋１．５Ｖ
Ｃｅ３＋／Ｃｅ４＋：約＋１．７Ｖ
Ｃｒ２＋／Ｃｒ３＋：約－０．４Ｖ
Ｔｉ３＋／Ｔｉ４＋：約＋０．１Ｖ
Ｆｅ２＋／Ｆｅ３＋：約＋０．７Ｖ
Ｍｎ２＋／Ｍｎ３＋：約＋１．５Ｖ
Ｃｅ３＋／Ｃｅ４＋：約＋１．７Ｖ
【0053】
中心金属に配位子が結合することにより中心金属の酸化還元電位が変化する。有機金属錯体は、中心金属の酸化還元電位をプラスまたはマイナスのいずれかにシフトさせることができる。中心金属がＦｅ、ＭｎまたはＣｅである場合、酸化還元電位を例えば＋１．０Ｖ近くに制御することができる。Ｆｅ、ＭｎまたはＣｅを中心金属とした有機金属錯体は、例えば、レドックスフロー電池の正極活物質に用いることができる。中心金属がＣｒまたはＴｉである場合、酸化還元電位を例えば－１．０Ｖ近くに制御することができる。ＣｒまたはＴｉを中心金属とした有機金属錯体は、例えば、レドックスフロー電池の負極活物質に用いることができる。実施形態の有機金属錯体をレドックスフロー電池の活物質に用いた場合、レドックスフロー電池の起電力を２Ｖ程度まで高めることが可能である。
【0054】
配位子の具体例は、ヒスチジンである。ヒスチジンは、アミノ基とカルボキシル基とを有し、かつ、複素環式化合物を含むアミノ酸である。アミノ基の数は１である。カルボキシル基の数は１である。複素環式化合物の数は１である。複素環式化合物はイミダゾール基である。イミダゾール基は、ヘテロ原子を含む芳香環を有する。イミダゾール基を構成する芳香環は５員環である。イミダゾール基に含まれるヘテロ原子はＮである。イミダゾール基は、芳香環の中に２つのＮを含む。ヒスチジンの分子量は１５５．１５である。
【0055】
［電解液］
実施形態の電解液は、上述した実施形態の有機金属錯体と、水とを含む。実施形態の電解液は、有機金属錯体が水に溶解した水系電解液である。
実施形態の電解液は、上述した実施形態の有機金属錯体と、水とを含む。実施形態の電解液は、有機金属錯体が水に溶解した水系電解液である。
【0056】
実施形態の電解液は、中心金属となる金属イオンが含まれる水溶液に配位子となる有機化合物を加えて、攪拌することで製造することできる。これにより、金属イオンと配位子とが反応して有機金属錯体が生成される。攪拌時間は、金属イオンと配位子とが十分に反応する時間であればよい。攪拌時間は、常温の場合では、例えば１０時間以上１００時間以下である。常温とは、１５℃以上３０℃以下のことをいう。攪拌する際に水溶液を加熱してもよい。攪拌する際に水溶液を加熱した場合、金属イオンと配位子とが反応しやすくなり、有機金属錯体が生成されやすい。そのため、攪拌時間を短縮することができる。加熱温度は、例えば５０℃以上１２０℃以下である。
【0057】
実施形態の電解液は、例えば、後述するレドックスフロー電池の電解液に利用できる。電解液に含まれる有機金属錯体は、レドックスフロー電池の活物質として機能する。例えば、Ｆｅ、ＭｎまたはＣｅを中心金属とした有機金属錯体を含む電解液は、レドックスフロー電池の正極電解液に用いることができる。例えば、ＣｒまたはＴｉを中心金属とした有機金属錯体を含む電解液は、レドックスフロー電池の負極電解液に用いることができる。実施形態の電解液をレドックスフロー電池の電解液に用いた場合、レドックスフロー電池の起電力を２Ｖ程度まで高めることが可能である。
【0058】
上述したように、実施形態の有機金属錯体は水に対する高い溶解性と安定性とを有する。有機金属錯体がこのような性質を有することにより、実施形態の電解液は、有機金属錯体の濃度を高めることができ、かつ、有機金属錯体が電解液中に安定して存在する。
【0059】
［電池］
実施形態の電池は、上述した実施形態の電解液を備える。実施形態の電池は、例えば、レドックスフロー電池である。以下、レドックスフロー電池を「ＲＦ電池」という。
実施形態の電池は、上述した実施形態の電解液を備える。実施形態の電池は、例えば、レドックスフロー電池である。以下、レドックスフロー電池を「ＲＦ電池」という。
【0060】
（ＲＦ電池）
図１を参照して、ＲＦ電池１０の一例を説明する。ＲＦ電池１０は、電解液循環型の二次電池である。ＲＦ電池１０は、正極電解液に含まれる正極活物質と負極電解液に含まれる負極活物質との酸化還元反応によって充電と放電を行う。
図１を参照して、ＲＦ電池１０の一例を説明する。ＲＦ電池１０は、電解液循環型の二次電池である。ＲＦ電池１０は、正極電解液に含まれる正極活物質と負極電解液に含まれる負極活物質との酸化還元反応によって充電と放電を行う。
【0061】
正極電解液および負極電解液のうち少なくとも一方の電解液は、上述した実施形態の電解液である。正極電解液は、例えば、Ｆｅ、ＭｎまたはＣｅを中心金属とした有機金属錯体を含む水系電解液である。負極電解液は、例えば、Ｆｅ、ＭｎまたはＣｅを中心金属とした有機金属錯体を含む水系電解液である。有機金属錯体は活物資として機能する。上述したように、有機金属錯体が高い溶解度を有するため、電解液中の有機金属錯体の濃度を高められる。また、有機金属錯体が電解液中に安定して存在するため、エネルギー密度を高められる。実施形態の電解液を備えるレドックスフロー電池は高いエネルギー密度を有する。
【0062】
ＲＦ電池１０は、電力系統に接続された変電設備７１に接続されている。ＲＦ電池１０と変電設備７１の間には、交流／直流変換器７が設けられている。電力系統には、発電部８および負荷９が接続されている。ＲＦ電池１０は、発電部８で発電された電力を充電したり、充電した電力を負荷９に放電したりすることが可能である。発電部８は、例えば、自然エネルギーを利用した発電設備、およびその他一般の発電設備である。自然エネルギーを利用した発電設備は、例えば、太陽光発電、および風力発電である。ＲＦ電池１０は、例えば、負荷平準化用途、瞬低補償、非常用電源といった用途、自然エネルギー発電の出力平滑化用途に利用される。
【0063】
図１に示すように、ＲＦ電池１０は電池セル１００を備える。電池セル１００には電解液が供給される。ＲＦ電池１０を備える電池システム１は、電池セル１００と、電解液が貯留されるタンク２ｐ、２ｎと、各タンク２ｐ、２ｎと電池セル１００とをつなぐ配管３ｐ、３ｎと、各配管３ｐ、３ｎに設けられたポンプ４０とを備える。タンク２ｐは正極電解液が貯留されている。タンク２ｎは負極電解液が貯留されている。正極電解液は、配管３ｐを通ってタンク２ｐと電池セル１００との間を循環する。負極電解液は、配管３ｎを通ってタンク２ｎと電池セル１００との間を循環する。
【0064】
（電池セル）
電池セル１００は、正極電極１０４と負極電極１０５と隔膜１０１とを備える。隔膜１０１は正極電極１０４と負極電極１０５との間に配置される。電池セル１００は、隔膜１０１によって正極セル１０２と負極セル１０３とに分離されている。正極電極１０４は正極セル１０２に配置されている。負極電極１０５は負極セル１０３に配置されている。正極セル１０２には正極電解液が供給される。負極セル１０３には負極電解液が供給される。電池セル１００の構成は、公知の構成を適宜利用できる。
電池セル１００は、正極電極１０４と負極電極１０５と隔膜１０１とを備える。隔膜１０１は正極電極１０４と負極電極１０５との間に配置される。電池セル１００は、隔膜１０１によって正極セル１０２と負極セル１０３とに分離されている。正極電極１０４は正極セル１０２に配置されている。負極電極１０５は負極セル１０３に配置されている。正極セル１０２には正極電解液が供給される。負極セル１０３には負極電解液が供給される。電池セル１００の構成は、公知の構成を適宜利用できる。
【0065】
配管３ｐおよび配管３ｎは同じ構成である。各配管３ｐ、３ｎは、第一配管３１と第二配管３２とを備える。ポンプ４０は第一配管３１に設けられている。ポンプ４０は、タンク２ｐ、２ｎ内の電解液を電池セル１００へ循環させる。配管３ｐにおける第一配管３１は、タンク２ｐから電池セル１００に正極電解液を送る配管である。配管３ｐにおける第二配管３２は、電池セル１００からタンク２ｐに正極電解液を戻す配管である。即ち、正極電解液は、タンク２ｐから第一配管３１を通って正極セル１０２に供給される。正極セル１０２から排出された正極電解液は、第二配管３２を通ってタンク２ｐに戻される。配管３ｎにおける第一配管３１は、タンク２ｎから電池セル１００に負極電解液を送る配管である。配管３ｎにおける第二配管３２は、電池セル１００からタンク２ｎに負極電解液を戻す配管である。即ち、負極電解液は、タンク２ｎから第一配管３１を通って負極セル１０３に供給される。負極セル１０３から排出された負極電解液は、第二配管３２を通ってタンク２ｎに戻される。充電または放電を行うときは、電解液がポンプ４０によって循環される。充電および放電を行わないときは、ポンプ４０が停止され、電解液が循環されない。
【0066】
ＲＦ電池１０は、単数の電池セル１００を備えてもよいし、複数の電池セル１００を備えてもよい。図１に示すＲＦ電池１０は、複数の電池セル１００が積層されたセルスタック２００を備える。セルスタック２００は、セルフレーム１２０、正極電極１０４、隔膜１０１、負極電極１０５が順に繰り返し積層されて構成される。セルスタック２００の両端にはエンドプレート２１０が配置される。エンドプレート２１０間を締付部材２３０で締め付けることによりセルスタック２００が一体化される。セルスタック２００の構成は、公知の構成を適宜利用できる。
【0067】
セルフレーム１２０は双極板１２１と枠体１２２とを有する。双極板１２１は正極電極１０４と負極電極１０５との間に配置される。枠体１２２は双極板１２１の周囲に設けられる。枠体１２２の内側には、双極板１２１と枠体１２２により凹部が形成される。凹部は、双極板１２１の両側にそれぞれ設けられている。各凹部には、双極板１２１を挟んで正極電極１０４と負極電極１０５とがそれぞれ収納される。
【0068】
図１に示すように、隣り合う各セルフレーム１２０の双極板１２１の間に、隔膜１０１を挟んで正極電極１０４と負極電極１０５とが配置されることにより、１つの電池セル１００が形成される。各セルフレーム１２０の枠体１２２の間には、例えば環状のシール部材１２７が配置される。セルスタック２００における電池セル１００の積層数は適宜選択できる。
【0069】
詳細な図示は省略するが、枠体１２２は、各電解液を供給する給液マニホールドおよび各電解液を排出する排液マニホールドを有する。各マニホールドは、枠体１２２を貫通するように設けられており、セルフレーム１２０が積層されることで各電解液の流路を構成する。これら各流路は、第一配管３１および第二配管３２にそれぞれつながっている。
【0070】
［試験例１］
表１に示す有機化合物を配位子に用いた有機金属錯体の試料を設計した。試料Ｎｏ．１－１の配位子はヒスチジンである。ヒスチジンは、図２に示される構造を有する有機化合物である。ヒスチジンは、複素環式化合物を有するアミノ酸である。複素環式化合物はイミダゾール基である。試料Ｎｏ．１－２の配位子はリシンである。リシンは、図３に示される構造を有する有機化合物である。リシンは、複素環式化合物を有さないアミノ酸である。試料Ｎｏ．１－３の配位子はトリエチレンテトラミン（ＴＥＴＡ）である。ＴＥＴＡは、図４に示される構造を有する有機化合物である。ＴＥＴＡは、カルボキシル基と複素環式化合物を含まない。試料Ｎｏ．１－４の配位子はグルタミン酸である。グルタミン酸は、図５に示される構造を有する有機化合物である。グルタミン酸は、複素環式化合物を有さないアミノ酸である。それぞれの配位子におけるアミノ基の数、カルボキシル基の数、複素環式化合物の数、および配位子の分子量を表１に示す。
表１に示す有機化合物を配位子に用いた有機金属錯体の試料を設計した。試料Ｎｏ．１－１の配位子はヒスチジンである。ヒスチジンは、図２に示される構造を有する有機化合物である。ヒスチジンは、複素環式化合物を有するアミノ酸である。複素環式化合物はイミダゾール基である。試料Ｎｏ．１－２の配位子はリシンである。リシンは、図３に示される構造を有する有機化合物である。リシンは、複素環式化合物を有さないアミノ酸である。試料Ｎｏ．１－３の配位子はトリエチレンテトラミン（ＴＥＴＡ）である。ＴＥＴＡは、図４に示される構造を有する有機化合物である。ＴＥＴＡは、カルボキシル基と複素環式化合物を含まない。試料Ｎｏ．１－４の配位子はグルタミン酸である。グルタミン酸は、図５に示される構造を有する有機化合物である。グルタミン酸は、複素環式化合物を有さないアミノ酸である。それぞれの配位子におけるアミノ基の数、カルボキシル基の数、複素環式化合物の数、および配位子の分子量を表１に示す。
【0071】
表１に示す配位子と中心金属とを組み合わせた有機金属錯体の評価を行った。中心金属はＭｎである。それぞれの有機金属錯体における中心金属の種類、配位数、および中心金属に対する配位子のモル比を表１に示す。表１に示す配位子がＭｎに結合された有機金属錯体の各試料について、酸化還元電位、溶解度、および安定化エネルギーを求めた。各試料の酸化還元電位、溶解度、および安定化エネルギーを表１に示す。
【0072】
酸化還元電位は、水溶液中おける有機金属錯体の酸化還元電位である。有機金属錯体の酸化還元電位は計算により求めた。酸化還元電位は、酸化状態の有機金属錯体の標準生成ギブスエネルギーと還元状態の有機金属錯体の標準生成ギブスエネルギーとをそれぞれ計算し、反応電子あたりの標準生成ギブスエネルギーの差を電位に換算して求める。
【0073】
溶解度とは、有機金属錯体が１リットルの水に溶解することができる限界の量である。溶解度の単位は、モル／リットル（ｍｏｌ／Ｌ）である。水の温度は２５℃である。溶解度は、水に対する有機金属錯体の溶解性を表す指標である。有機金属錯体の溶解度が大きいほど、水に対する溶解性が高いといえる。溶解度が１．１ｍｏｌ／Ｌ以上であれば、高い溶解性を有する。溶解度は、１．３ｍｏｌ／Ｌ以上、更に１．４ｍｏｌ／Ｌ以上でもよい。
【0074】
有機金属錯体の溶解度は計算により求めた。溶解度は、次のようにして求めた。ＣＯＳＭＯ－ＲＳ（Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌｉｋｅ Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ Ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ Ｒｅａｌｉｓｔｉｃ Ｓｏｌｖａｔｉｏｎ）法により、水に対する有機金属錯体の溶解度を計算する。得られた溶解度に対して、溶解度が既知である分子の計算値と実測値とにより得られた相関式を用いて補正を加える。具体的には、量子化学計算ソフトウェア「ＴＵＲＢＯＭＯＬＥ ２０２２」を用いて、基底関数にＴＺＶＰを用いて構造を最適化する。最適化した構造について、ソフトウェア「ＣＯＳＭＯｔｈｅｒｍ ２０２２」を用いてＣＯＳＭＯ－ＲＳ法による計算を行う。
【0075】
安定化エネルギーとは、中心金属と配位子とが結合して１モルの有機金属錯体を生成する際のエネルギーのことをいう。安定化エネルギーの単位は、キロジュール／モル（ｋＪ／ｍｏｌ）である。安定化エネルギーは、有機金属錯体の安定性を示す指標である。安定化エネルギーが高い有機金属錯体は、中心金属と配位子との結合が弱いため、中心金属と配位子とが分離しやすい。安定化エネルギーが低い有機金属錯体は、中心金属と配位子との結合が強いため、有機金属錯体の構造が安定している。つまり、安定化エネルギーが低いほど、有機金属錯体の安定性が高いといえる。安定化エネルギーが－７５ｋＪ／ｍｏｌ以下であれば、高い安定性を有する。安定化エネルギーは、－８０ｋＪ／ｍｏｌ以下、更に－９０ｋＪ／ｍｏｌ以下でもよい。
【0076】
有機金属錯体の安定化エネルギーは計算により求めた。安定化エネルギーは、有機金属錯体の２９８Ｋにおける標準生成ギブスエネルギーに基づいて計算できる。安定化エネルギーは、６配位のアクア錯体と有機金属錯体との標準生成ギブスエネルギーの差を求めた。
【0077】
【表1】
【0078】
試料Ｎｏ．１－１の溶解度は１．８ｍｏｌ／Ｌである。試料Ｎｏ．１－１は、１．１ｍｏｌ／Ｌ以上、更には１．３ｍｏｌ／Ｌ超という高い溶解度を有する。試料Ｎｏ．１－１の安定化エネルギーは－１０８．３ｋＪ／ｍｏｌである。試料Ｎｏ．１－１は、－７５ｋＪ／ｍｏｌ以下、更には－８０ｋＪ／ｍｏｌ以下という低い安定化エネルギーを有する。試料Ｎｏ．１－１は、試料Ｎｏ．１－２から試料Ｎｏ．１－４に比べて、水に対する高い溶解性と安定性とを有する。
【0079】
［試験例２］
表２に示す有機化合物を配位子に用いた有機金属錯体の試料を設計した。試料Ｎｏ．２－１の配位子はヒスチジンである。ヒスチジンは、図６に示すイミダゾール基を有するアミノ酸である。イミダゾール基は、ヘテロ原子を含む芳香環を有する複素環式化合物である。イミダゾール基は５員環である。イミダゾール基は、芳香環の中に２つのＮを含む。試料Ｎｏ．２－２の配位子はチロシンである。チロシンは、図７に示すフェノール基を有するアミノ酸である。フェノール基は、６つの炭素原子からなるベンゼン環にヒドロキシ基（－ＯＨ）が結合した環式化合物である。フェノール基は６員環である。試料Ｎｏ．２－３の配位子はフェニルアラニンである。フェニルアラニンは、図８に示すベンゼン基を有するアミノ酸である。ベンゼン基は、ベンゼン環からなる環式化合物である。ベンゼン基は６員環である。フェノール基およびベンゼン基は複素環式化合物ではない。フェノール基およびベンゼン基はヘテロ原子を有さない。それぞれの配位子における複素環式化合物の有無、ヘテロ原子の有無、および配位子の分子量を表２に示す。
表２に示す有機化合物を配位子に用いた有機金属錯体の試料を設計した。試料Ｎｏ．２－１の配位子はヒスチジンである。ヒスチジンは、図６に示すイミダゾール基を有するアミノ酸である。イミダゾール基は、ヘテロ原子を含む芳香環を有する複素環式化合物である。イミダゾール基は５員環である。イミダゾール基は、芳香環の中に２つのＮを含む。試料Ｎｏ．２－２の配位子はチロシンである。チロシンは、図７に示すフェノール基を有するアミノ酸である。フェノール基は、６つの炭素原子からなるベンゼン環にヒドロキシ基（－ＯＨ）が結合した環式化合物である。フェノール基は６員環である。試料Ｎｏ．２－３の配位子はフェニルアラニンである。フェニルアラニンは、図８に示すベンゼン基を有するアミノ酸である。ベンゼン基は、ベンゼン環からなる環式化合物である。ベンゼン基は６員環である。フェノール基およびベンゼン基は複素環式化合物ではない。フェノール基およびベンゼン基はヘテロ原子を有さない。それぞれの配位子における複素環式化合物の有無、ヘテロ原子の有無、および配位子の分子量を表２に示す。
【0080】
表２に示す配位子と中心金属とを組み合わせた有機金属錯体の評価を行った。それぞれの有機金属錯体における中心金属の種類、配位数、および中心金属に対する配位子のモル比を表２に示す。試験例１と同様に、有機金属錯体の各試料について、酸化還元電位、溶解度、および安定化エネルギーを求めた。各試料の酸化還元電位、溶解度、および安定化エネルギーを表２に示す。
【0081】
【表2】
【0082】
試料Ｎｏ．２－１は、試料Ｎｏ．２－２および試料Ｎｏ．２－３に比べて、溶解度が高い。この結果から、配位子の官能基がヘテロ原子を含む複素環式化合物である場合、溶解性が高くなると考えられる。
【0083】
［試験例３］
表３に示す複素環式化合物を有するアミノ酸を配位子に用いた有機金属錯体の試料を設計した。試料Ｎｏ．３－１の配位子は、ヒスチジンのイミダゾール基をチアゾール基に置換した有機化合物である。試料Ｎｏ．３－２の配位子は、ヒスチジンのイミダゾール基をピロール基に置換した有機化合物である。試料Ｎｏ．３－３の配位子は、ヒスチジンのイミダゾール基をホスホリン基に置換した有機化合物である。チアゾール基、ピロール基およびホスホリン基は、ヘテロ原子を含む芳香環を有する複素環式化合物である。チアゾール基は、図９に示すように、芳香環の中に１つのＮと１つのＳとを含む。チアゾール基は５員環である。ピロール基の一例は、図１０に示すように、芳香環の中に１つのＮを含む。ピロール基は５員環である。ホスホリン基は、図１１に示すように、芳香環の中に１つのＰを含む。ホスホリン基は６員環である。
表３に示す複素環式化合物を有するアミノ酸を配位子に用いた有機金属錯体の試料を設計した。試料Ｎｏ．３－１の配位子は、ヒスチジンのイミダゾール基をチアゾール基に置換した有機化合物である。試料Ｎｏ．３－２の配位子は、ヒスチジンのイミダゾール基をピロール基に置換した有機化合物である。試料Ｎｏ．３－３の配位子は、ヒスチジンのイミダゾール基をホスホリン基に置換した有機化合物である。チアゾール基、ピロール基およびホスホリン基は、ヘテロ原子を含む芳香環を有する複素環式化合物である。チアゾール基は、図９に示すように、芳香環の中に１つのＮと１つのＳとを含む。チアゾール基は５員環である。ピロール基の一例は、図１０に示すように、芳香環の中に１つのＮを含む。ピロール基は５員環である。ホスホリン基は、図１１に示すように、芳香環の中に１つのＰを含む。ホスホリン基は６員環である。
【0084】
表３に示す複素環式化合物を有するアミノ酸を配位子に用いた有機金属錯体の評価を行った。それぞれの有機金属錯体における中心金属の種類、配位数、および中心金属に対する配位子のモル比は、表２に示す試料Ｎｏ．２－１と同じである。試験例１と同様に、有機金属錯体の各試料について、酸化還元電位、溶解度、および安定化エネルギーを求めた。各試料の酸化還元電位、溶解度、および安定化エネルギーを表３に示す。
【0085】
【表3】
【0086】
試料Ｎｏ．３－１から試料のＮｏ．３－３では、溶解度が１．１ｍｏｌ／Ｌ以上、かつ、安定化エネルギーが－７５ｋＪ／ｍｏｌ以下である。この結果から、複素環式化合物に含まれるヘテロ原子がＮ以外であっても、溶解性および安定性が高くなると考えられる。
【符号の説明】
【0087】
１ 電池システム
７ 交流／直流変換器、７１ 変電設備
８ 発電部、９ 負荷
２ｐ、２ｎ タンク
３ｐ、３ｎ 配管
１０ ＲＦ電池
３１ 第一配管、３２ 第二配管
４０ ポンプ
１００ 電池セル
１０１ 隔膜、１０２ 正極セル、１０３ 負極セル
１０４ 正極電極、１０５ 負極電極
１２０ セルフレーム
１２１ 双極板、１２２ 枠体
１２７ シール部材
２００ セルスタック ２１０ エンドプレート、２３０ 締付部材
７ 交流／直流変換器、７１ 変電設備
８ 発電部、９ 負荷
２ｐ、２ｎ タンク
３ｐ、３ｎ 配管
１０ ＲＦ電池
３１ 第一配管、３２ 第二配管
４０ ポンプ
１００ 電池セル
１０１ 隔膜、１０２ 正極セル、１０３ 負極セル
１０４ 正極電極、１０５ 負極電極
１２０ セルフレーム
１２１ 双極板、１２２ 枠体
１２７ シール部材
２００ セルスタック ２１０ エンドプレート、２３０ 締付部材
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】