(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学セルであって：
第１の導電性ポリマーを含む第１の電極；
前記第１の導電性ポリマーと接触するのに適した、少なくとも１つの多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン；
第２の導電性ポリマーを含む第２の電極；
Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋から選ばれるカチオン；ならびに
前記第１および第２の導電性ポリマー、前記多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンならびに前記カチオンを導電結合するのに適した電解質；
を含み、
前記第１の導電性ポリマーが：
【化１】
0005870194.tif 000004
を有する反復単位またはその組合せを含み；
式中、−Ｒ・−がナフタレンラジカルアニオン、アントラセンラジカルアニオンまたはその組合せを含む多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンを表す、電気化学セル。
【請求項２】
前記カチオンがＮａ＋である、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項３】
前記第１の導電性ポリマーがポリアセチレン、ポリアリーレン、ポリヘテロアリーレン、ポリビニルアリーレン、ポリビニルヘテロアリーレン、ポリアリーレンビニレン、ポリヘテロアリーレンビニレン、ポリアリーレンエチニレン、ポリヘテロアリーレンエチニレンまたはその組合せを含む、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項４】
前記第２の導電性ポリマーがポリカルバゾールであり、前記カチオンがＮａ＋であり、前記多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンがナフタレンラジカルアニオンまたはアントラセンラジカルアニオンである、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項５】
前記第２の導電性ポリマーがポリアセチレン、ポリアリーレン、ポリアリーレンビニレン、ポリアリーレンエチニレンまたはその組合せを含む、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項６】
前記第２の導電性ポリマーがポリ−パラ−フェニレン、ポリ−パラ−フェニレンビニレン、ポリ−パラ−フェニレンエチニレン、ポリアセチレンまたはその組合せを含む、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項７】
前記多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンがナフタレン、アセナフタレン、アセナフチレン、アセフェナントリレン、アセアントリレン、アントラセン、フェナントレン、フルオレン、ビフェニレン、フルオランテン、トリフェニレン、クリセン、テトラセン、ペリレン、テトラフェニレン、テトラフェン、ピセン、ペンタフェン、ベンゾ［ａ］ピレン、ベンゾ［ｅ］ピレン、ベンゾ［ｇｈｉ］ペリレン、コロネンおよびルビセンまたはその誘導体のラジカルアニオンを含む、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項８】
前記電解質がポリオキシアルキレン、ポリオキシアルキレンアルコール、アルキルエーテル、シクロアルキルエーテル、アルキレンカーボネート、シクロアルキレンカーボネート、アルカノン、シクロアルカノン、ラクトンまたはその組合せを含む、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項９】
前記電解質がフルオリド、クロリド、ブロミド、ヨージド、カルボキシレート、トリフルオロメタンスルホネート、ビストリフルオロメタンスルホンイミデート、フルオロサルフェート、ヘキサフルオロホスフェート、ペルクロレート、テトラフルオロボレート、ｐ−トルエンスルホネートおよびニトレートから成る群より選択される１つ以上のアニオンを含む、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１０】
前記電解質が前記第１の導電性ポリマーを前記第２の導電性ポリマーから分離するアイオノマー（ｉｏｎｏｍｅｒ）の塩を含む、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１１】
前記アイオノマーがポリテトラフルオロエチレン：ペルフルオロスルホン酸コポリマーを含む、請求項１０に記載の電気化学セル。
【請求項１２】
前記多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンが前記第１の導電性ポリマーと非共有結合的に接触している、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１３】
多環式芳香族炭化水素と接触する第１の導電性ポリマーから第１の電極を形成すること；
第２の導電性ポリマーから第２の電極を形成すること；
前記多環式芳香族炭化水素をＮａ、ＫまたはＣａから選ばれる金属と接触させること；
電解質を前記第１および第２の導電性ポリマー、前記多環式芳香族炭化水素ならびに前記金属に導電結合すること；ならびに
多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンを形成するために前記多環式芳香族炭化水素を還元し、金属カチオンを形成するために前記金属を酸化すること；
を含む電気化学セルを作成する方法であって、
前記第１の導電性ポリマーが：
【化１】
0005870194.tif 000005
を有する反復単位またはその組合せを含み；
式中、−Ｒ・−がナフタレンラジカルアニオン、アントラセンラジカルアニオンまたはその組合せを含む多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンを表す、方法。
【請求項１４】
前記多環式芳香族炭化水素を前記金属と化学的に反応させて、これにより多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンおよび金属カチオンを形成することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記多環式芳香族炭化水素を前記金属と電気化学的に反応させるために前記第１および第２の電極に電流を印加して、これにより多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンおよび金属カチオンを形成することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記金属がＮａである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
第１の金属箔において前記第１の導電性ポリマーの層を形成することによって前記第１の電極を形成することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
第２の金属箔において前記第２の導電性ポリマーの層を形成することによって前記第２の電極を形成することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２の導電性ポリマーがポリアセチレン、ポリアリーレン、ポリアリーレンビニレン、ポリアリーレンエチニレンまたはその組合せを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の導電性ポリマーがポリ−パラ−フェニレン、ポリ−パラ−フェニレンビニレン、ポリ−パラ−フェニレンエチニレン、ポリアセチレンまたはその組合せを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記多環式芳香族炭化水素がナフタレン、アセナフタレン、アセナフチレン、アセフェナントリレン、アセアントリレン、アントラセン、フェナントレン、フルオレン、ビフェニレン、フルオランテン、トリフェニレン、クリセン、テトラセン、ペリレン、テトラフェニレン、テトラフェン、ピセン、ペンタフェン、ベンゾ［ａ］ピレン、ベンゾ［ｅ］ピレン、ベンゾ［ｇｈｉ］ペリレン、コロネンおよびルビセンまたはその誘導体を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
前記電解質がポリオキシアルキレン、ポリオキシアルキレンアルコール、アルキルエーテル、シクロアルキルエーテル、アルキレンカーボネート、シクロアルキレンカーボネート、アルカノン、シクロアルカノン、ラクトンまたはその組合せを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２３】
前記電解質がフルオリド、クロリド、ブロミド、ヨージド、カルボキシレート、トリフルオロメタンスルホネート、ビストリフルオロメタンスルホンイミデート、フルオロサルフェート、ヘキサフルオロホスフェート、ペルクロレート、テトラフルオロボレート、ｐ−トルエンスルホネートおよびニトレートから成る群より選択される１つ以上のアニオンを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２４】
前記電解質がアイオノマー（ｉｏｎｏｍｅｒ）の塩を含み、前記第１の導電性ポリマーを前記第２の導電性ポリマーから前記アイオノマーによって分離することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２５】
前記アイオノマーがポリテトラフルオロエチレン−ペルフルオロスルホン酸コポリマーを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記多環式芳香族炭化水素が前記第１の導電性ポリマーと非共有結合的に接触している、請求項１３に記載の方法。
【請求項２７】
１個以上の電気化学セルを含む電池であって、各電気化学セルが：
第１の導電性ポリマーを含む第１の電極；
前記第１の導電性ポリマーと接触する、少なくとも１つの多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン；
第２の導電性ポリマーを含む第２の電極；
Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋から選ばれるカチオン；ならびに
前記第１および第２の導電性ポリマー、前記多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンおよび前記カチオンを導電結合する電解質；
を含み、
前記第１の導電性ポリマーが：
【化１】
0005870194.tif 000006
を有する反復単位またはその組合せを含み；
式中、−Ｒ・−がナフタレンラジカルアニオン、アントラセンラジカルアニオンまたはその組合せを含む多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンを表す、電池。
【請求項２８】
並列に電気結合された、少なくとも２個の前記電気化学セルを含む、請求項２７に記載の電池。
【請求項２９】
直列に電気結合された少なくとも２個の前記電気化学セルを含む、請求項２７に記載の電池。
【請求項３０】
前記第１の導電性ポリマーが前記多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンによって共有結合的に置換されている、請求項２７に記載の電池。
【請求項３１】
前記多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンが前記第１の導電性ポリマーと非共有結合的に接触している、請求項２７に記載の電池。
【請求項３２】
前記電解質が前記第１の導電性ポリマーを前記第２の導電性ポリマーから分離するアイオノマーを含む、請求項２７に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で別途指摘しない限り、本節に記載された材料は本願の特許請求の範囲に対する従来技術ではなく、本節に包含されることによって従来技術であると認められるものではない。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池は、電子機器でよく使用される。電気化学的に、Ｌｉ＋は小型で軽量の移動カチオンである。リチウムは、リチウムイオン電池の携帯性、容量および充電性の向上に著しく寄与してきた。たとえば、オレフィン系炭酸塩およびポリエチレンオキシドにおけるリチウムの高い移動性は、効率的な電解質に役立ってきた。リチウムは、他のアルカリ金属と比べて、ただちに黒鉛とインタカレートして、可逆性炭素・黒鉛電極を作製する。また、リチウム金属酸化物の化学作用によって、可逆性リチウムイオン酸化還元および輸送を用いた多様な酸化物マトリクスを提供してきた。
【０００３】
しかし、容易に抽出可能な天然リチウム源は限られているため、リチウム電池の人気によって、供給と持続可能性に関する懸念が高まっている。また、リチウムイオン電池市場は劇的に成長することが予測されているため、リチウム化合物の他の天然源およびリチウムベース電池の代替物を確認するために積極的な探索が行われてきた。
【０００４】
最も豊富なアルカリ元素、たとえばナトリウムは、リチウムの代用物として調査されてきたが、リチウムの代替は困難であった。たとえば黒鉛電極において、ナトリウムは、リチウムほど容易にインタカレートを行わない。また、ナトリウム金属酸化物は電極としての使用について研究されてきたが、酸化物マトリクス中でのナトリウムの移動度は、対応する酸化リチウム中でのリチウムよりも低いことが認められている。本開示は、リチウムイオン電池技術のための代用物として他のアルカリ金属を実施することが、複雑な作業であり得ることを認識している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以下の概要は、例証にすぎず、限定することを決して企図していない。上記の例証的な態様、実施形態および特徴に加えて、図面および以下の詳細な記載を参照することにより、さらなる態様、実施形態および特徴が明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は一般に、導電性ポリマーおよび金属カチオンを含む電気化学セルについて記載する。
【０００７】
電気化学セルの一例は、第１の導電性ポリマーを含むことができる第１の電極および第１の導電性ポリマーと接触するのに適した少なくとも１つの多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンを含むことができる。電気化学セルの例は、第２の導電性ポリマーを含むことができる第２の電極およびカチオンも含むことができる。電気化学セルの例は、第１および第２の導電性ポリマー、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンならびにカチオンを導電結合するのに適した電解質も含むことができる。
【０００８】
本開示は、１個以上の電気化学セルを含むことができる電池の一例も記載する。電気化学セルは、第１の導電性ポリマーを含むことができる第１の電極および第１の導電性ポリマーと接触するのに適した少なくとも１つの多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンを含むことができる。電気化学セルは、第２の導電性ポリマーを含むことができる第２の電極およびカチオンも含むことができる。電気化学セルは、第１および第２の導電性ポリマー、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンならびにカチオンを導電結合するのに適した電解質も含むことができる。
【０００９】
本開示は、電気化学セルを作製する方法をさらに開示する。電気化学セルを作製する方法の一例は、第１の導電性ポリマーから第１の電極を形成すること含むことができ、第１の導電性ポリマーは多環式芳香族炭化水素と接触する。方法の例は、第２の導電性ポリマーから第２の電極を形成することも含むことができる。方法の例は、多環式芳香族炭化水素を金属と接触させることをさらに含むことができる。方法の例は、電解質を第１および第２の導電性ポリマー、多環式芳香族炭化水素ならびに金属に導電結合することも含むことができる。方法の例は、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンを形成するために多環式芳香族炭化水素を還元し、金属カチオンを形成するために金属を酸化することをさらに含むことができる。
【００１０】
本開示は、電気化学セルを作製するための命令がそこに記憶されたコンピュータ可読記憶媒体の例についても記載する。コンピュータ可読記憶媒体の例の中の命令は、第１の導電性ポリマーであって、多環式芳香族炭化水素を含む第１の導電性ポリマーから第１の電極を形成することを含むことができる。命令は、第２の導電性ポリマーから第２の電極を形成することも含むことができる。命令は、多環式芳香族炭化水素を金属と接触させることをさらに含むことができる。命令は、電解質を第１および第２の導電性ポリマー、多環式芳香族炭化水素ならびに金属に導電結合することも含むことができる。命令は、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンを形成するために多環式芳香族炭化水素を還元し、金属カチオンを形成するために金属を酸化することをさらに含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本開示の上記および他の特徴は、添付図面と併せて解釈すると、以下の説明および特許請求の範囲からより十分に明らかになるであろう。これらの図面は、開示に従って構成された、いくつかの実施形態のみを示しているため、本開示の範囲を限定すると見なされないことを理解した上で添付図面を使用して、本開示をさらに具体的かつ詳細に説明する：
【図１Ａ】電解質溶液によりすべて導電結合されている、第１の導電性ポリマーによる第１の電極および第２の導電性ポリマーによる第２の電極；多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンＲ・−；および金属カチオンＭ＋を含むことができる、電気化学セルの概念図である。
【図１Ｂ】固体アイオノマー電解質膜によりすべて導電結合されている、第１の導電性ポリマーによる第１の電極および第２の導電性ポリマーによる第２の電極；多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンＲ・−；および金属カチオンＭ＋を含むことができる、電気化学セルの概念図である。
【図２Ａ】図１Ａの電気化学セルの例を２個含むことができ、２個の電気化学セルの例を直列配置で共に結合させることができる、電池例の概念図である。
【図２Ｂ】図１Ｂの電気化学セルの例を２個含むことができ、２個の電気化学セルの例を並列配置で共に結合させることができる、電池例の概念図である。
【図３Ａ】電気化学セルおよび方法の例で用いることができる導電性ポリマーの例を表す化学構造である。
【図３Ｂ】電気化学セルおよび方法の例において化合物または置換基として用いることができる多環式芳香族炭化水素の例を表す化学構造である。
【図４Ａ】多環式芳香族炭化水素化合物と接触している導電性ポリマーの例ならびに金属カチオンおよび多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンの対応する塩と接触している導電性ポリマーの例を表す化学構造を示す。
【図４Ｂ】共有結合多環式芳香族炭化水素置換基と接触している導電性ポリマーの例ならびに金属カチオンおよび共有結合多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン置換基の対応する塩と接触している導電性ポリマーの例を表す化学構造を示す。
【図４Ｃ】共有結合的に付着した多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン置換基と接触している導電性ポリマーの例を表す化学構造を示す。
【図４Ｄ】図４Ｂおよび図４Ｃのポリマーの前駆体としての、共有結合的に付着した多環式芳香族炭化水素置換基を有するポリマーを調製するための合成反応スキームの例を示す。
【図４Ｅ】図４Ｂおよび図４Ｃのポリマーの前駆体としての、共有結合的に付着した多環式芳香族炭化水素置換基を有するポリマーを調製するための合成反応スキームの例を示す。
【図５】固体電解質として機能し得るアイオノマーメンブレンの例を表す化学構造を示す。
【図６】電気化学セルの例の作製に使用できるステップの例を示すフローチャートである。
【図７】図６に概略を示すプロセスステップを使用した電気化学セルの例の作製に使用できる自動機械のブロック図である。
【図８】図７の自動機械または電気化学セルの例の作製における同様の製造装置の制御に使用できる汎用コンピュータ装置を示す。
【図９】図７の自動機械または電気化学セルの例の作製における同様の製造装置の制御に使用できるコンピュータプログラム製品の例のブロック図を示す。  すべては、本明細書に記載する少なくともいくつかの実施形態に従って構成されている。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の詳細な説明において、本明細書の一部を形成する添付図面を参照する。図面において、状況が別途指示しない限り、同様の記号は通例、同様の構成要素を示す。詳細な説明に記載する例示的実施形態、図面および特許請求の範囲は、限定を意味するものではない。本明細書に示す主題の精神および範囲を逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、他の変更を行うことができる。本開示の態様は、一般に本明細書に記載し、図面に示すように、多種多様な各種の構成で配列、置換、併用、分離および設計可能であり、そのすべては本明細書で明示的に検討されることがただちに理解されるであろう。
【００１３】
一般に、本開示はとりわけ、たとえば電池などのエネルギー貯蔵装置の一部として電気化学セルを製造または使用することに関する組成物、方法、機器、システム、装置および／またはコンピュータプログラム製品に向けられている。
【００１４】
簡潔に示すと、電気化学セルの例は、それぞれ対応する電極に位置する２種類の導電性ポリマー；カチオン；導電性ポリマーの一方と接触する多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン；および電解質を含むことができる。いくつかの例において、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンは、導電性ポリマーの一方の共有結合置換基であり得る。他の例において、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンは、導電性ポリマーの一方と非共有結合的に接触させることができる。多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンは、リチウム以外のカチオン、たとえばナトリウムなどのアルカリ金属カチオンまたはカルシウムなどのアルカリ土類金属カチオンの使用を可能にできる。このような電気化学セルによって、既存のリチウムイオン電池の代替電池が提供できるようになり、公知のリチウム供給物と比較して、より豊富であり、より容易に抽出可能であり、またはより持続可能であり得るカチオンを使用できるようになる。
【００１５】
図１Ａは、本明細書に記載する少なくとも一部の実施形態に従って構成された、第１の導電性ポリマー１０４を有する第１の電極１０２、および第２の導電性ポリマー１０６を有する第２の電極１０８を含むことができる電気化学セルの例１００Ａの概念図である。電気化学セルの例１００Ａは、第１の導電性ポリマー１０４に接触するのに適し得る、Ｒ・−で表される少なくとも１つの多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン１０５も含むことができる。電気化学セルの例１００Ａは、Ｍ＋で表される金属カチオン１０７も含むことができる。電気化学セルの例１００Ａ中に分散された電解質１１０Ａは、電極１０２／１０８、第１および第２の導電性ポリマー１０４／１０６、ラジカルアニオン１０５ならびに金属カチオン１０７を導電結合するのに適し得る。
【００１６】
本明細書で使用する場合、「接触するのに適した」は、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン１０５などの種が、第１の導電性ポリマー１０４などの別の種の共有結合置換基として構成できる例を含む。「接触するのに適した」は、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン１０５などの種が非共有結合相互作用のみによって第１の導電性ポリマー１０４などの種と接触できる例も含むことができる。「非共有結合相互作用」は、共有結合以外のいずれの接触も含むことができる。たとえば非共有結合相互作用としては、ファンデルワールス相互作用、ロンドン力、静電相互作用、誘起分極相互作用、交換相互作用、磁性相互作用、伝導相互作用、電子移動などを挙げることができるが、それに限定されない。多様な例において、１つ以上の共有結合を介して相互に接触するのに適した１つ以上の種は、１つ以上の非共有結合相互作用を介しても相互に接触できる。「接触するのに適した」は、共有結合および非共有結合接触種の両方を中に有する電気化学セルの例も含むことができる。多様な例において、電気化学セルの例は、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン１０５などの種と第１の導電性ポリマー１０４などの種の、共有結合および非共有結合接触の両方の例を含むことができる。
【００１７】
図１Ｂは、本明細書に記載する少なくとも一部の実施形態に従って構成された、第１の導電性ポリマー１０４を有する第１の電極１０２、および第２の導電性ポリマー１０６を有する第２の電極１０８を含むことができる電気化学セルの例１００Ｂの概念図である。電気化学セルの例１００Ｂは、Ｒ・−で表される多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン１０５；およびＭ＋で表される金属カチオン１０７も含むことができる。電気化学セルの例１００Ｂは、固体アイオノマー電解質１１０Ｂによってセルの例１００Ａから区別できる。固体アイオノマー電解質１００Ｂは、導電性ポリマー１０４／１０６間に位置するメンブレンの形で示されている。固体アイオノマー電解質１００Ｂは、電極１０２／１０８、第１および第２の導電性ポリマー１０４／１０６、ラジカルアニオン１０５ならびに金属カチオン１０７を導電結合するのに適し得る。
【００１８】
図２Ａは、本明細書に記載する少なくともいくつかの実施形態に従って構成された、図１Ａにおけるセル１００Ａと同じ設計の２個の電気化学セルを含むことができる電池例２００Ａを示す概念図である。図２Ａにおいて、２個の個々の電気化学セルは、直列電極２０１を通じて電極２０２Ａから、次に電極２０８Ａまで直列配置で共に結合できる。
【００１９】
図２Ｂは、本明細書に記載する少なくともいくつかの実施形態に従って構成された、図１Ｂにおけるセル１００Ｂと同じ設計の２個の電気化学セルを含むことができる電池例２００Ｂを示す概念図である。図２Ｂにおいて、２個の個々の電気化学セルは、並列電極２０２Ｂおよび２０８Ｂを介して並列配置で共に結合できる。
【００２０】
第１および第２の導電性ポリマー１０４および１０６は、いずれかの好適な導電性ポリマーまたは導電性ポリマーの混合物であり得る。本明細書で使用する場合、導電性ポリマーは、電気を伝導する、または電気を伝導するために酸化もしくは還元ドーピングできる有機ポリマーであり得る。導電性ポリマーは、ホモポリマーまたはコポリマー、たとえばブロックコポリマー、ランダムコポリマーまたはグラフトコポリマーであり得る。
【００２１】
図３Ａは、本明細書に記載する少なくともいくつかの実施形態に従って構成されている、電気化学セルの例および方法で用いることができる導電性ポリマーを表す化学構造を示す。導電性ポリマーの例としては、ポリピロール３０２、ポリフラン３０４、ポリチオフェン３０６、ポリチオフェンビニレン３０８、ポリ−パラ−フェニレン３１０、ポリ−パラ−フェニレンビニレン３１２、ポリ−パラ−フェニレンエチニレン３１４、ポリアニリン３１６、ポリ−パラ−フェニレンスルフィド３１８、ポリピリジン３２０、ポリアセチレン３２２およびポリカルバゾール３２４を挙げることができるが、それに限定されない。ホモポリマーの例としては、ポリピロール３０２、ポリフラン３０４、ポリチオフェン３０６、ポリ−パラ−フェニレン３１０、ポリアニリン３１６、ポリ−パラ−フェニレンスルフィド３１８、ポリピリジン３２０、ポリアセチレン３２２およびポリカルバゾール３２４を挙げることができる。コポリマーの例としては、ホモポリマーの１個以上の反復単位の交互ブロックを含むことができるブロックコポリマーを含む。たとえば単一の反復単位の交互ブロックを有するブロックコポリマーとしては、ポリチオフェンビニレン３０８（チオフェンおよびポリアセチレンの交互反復単位）、ポリ−パラ−フェニレンビニレン３１２（パラ−フェニレンおよびポリアセチレンの交互反復単位）などを挙げることができる。
【００２２】
多様な例において、第１の導電性ポリマーとしては、ポリアセチレン（たとえばポリアセチレン３２２）、ポリアリーレン（たとえばポリ−パラ−フェニレン３１０）、ポリヘテロアリーレン（たとえばポリピロール３０２、ポリピリジン３２０など）、ポリビニルアリーレン（たとえばポリ−パラ−フェニレンビニレン３１２）、ポリビニルヘテロアリーレン（たとえばポリチオフェンビニレン３０８）、ポリアリーレンエチニレン（たとえばポリ−パラ−フェニレンエチニレン３１４）、ポリヘテロアリーレンエチニレン（たとえばポリピリジンエチニレン）またはそれの組合せもしくはコポリマーを挙げることができる。いくつかの例において、第１の導電性ポリマーとしては、ポリアセチレン、ポリ（フェニレンビニレン）、ポリ（フルオレン）、ポリピレン、ポリアズレン、ポリナフタレン、ポリ（ピロール）、ポリインドール、ポリアゼピン、ポリアニリン、ポリピリジン、ポリ（チオフェン）、ポリ（チオフェンビニレン）、ポリ（フェニレンスルフィド）またはそれの組合せもしくはコポリマーを挙げることができる。
【００２３】
多様な例において、第２の導電性ポリマーとしては炭化水素導電性ポリマーを挙げることができる。いくつかの例において、第２の導電性ポリマーとしては、ポリアセチレン、ポリアリーレン、ポリアリーレンビニレン、ポリアリーレンエチニレン、またはそれの組合せもしくはコポリマーを挙げることができる。多様な例において、第２の導電性ポリマーとしては、ポリ−パラ−フェニレン、ポリ−パラ−フェニレンビニレン、ポリ−パラ−フェニレンエチニレン、ポリアセチレン、またはそれの組合せもしくはコポリマーを挙げることができる。
【００２４】
本明細書で使用する場合、多環式芳香族炭化水素は、２個以上の芳香環を含む炭素および水素の化合物であり得る。図３Ｂは、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン１０５に好適な、例示的な多環式芳香族炭化水素の化学構造を示す。多環式芳香族炭化水素の例としては、たとえばナフタレン３２６、アセナフタレン３２８、アセナフチレン３３０、アセフェナントリレン３３２、アセアントリレン３３４、アントラセン３３６、フェナントレン３３８、フルオレン３４０、ビフェニレン３４２、フルオランテン３４４、トリフェニレン３４６、クリセン３４８、テトラセン３５０、ペリレン３５２、テトラフェニレン３５４、テトラフェン３５６、ピセン３５８、ペンタフェン３６０、ベンゾ［ａ］ピレン３６２、ベンゾ［ｅ］ピレン３６４、ベンゾ［ｇｈｉ］ペリレン３６６、コロネン３６８およびルビセン３７０を挙げることができるが、図３Ｂに示すものに限定されない。このような多環式芳香族炭化水素は、その多様な置換誘導体と同様に市販されている。多様な例において、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンは、ナフタレンラジカルアニオンまたはアントラセンラジカルアニオンであり得る。
【００２５】
多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン１０５は、対応する多環式芳香族炭化水素の電気化学または化学還元によって、そのラジカルアニオン状態に変換できる。たとえば、ナフタレンラジカルアニオンのナトリウム塩であるナトリウムナフタレンは、ナフタレンの無水テトラヒドロフラン溶液を金属ナトリウムと共に撹拌することによって調製できる。同様に、アントラセンラジカルアニオンのカリウム塩は、アントラセンの無水テトラヒドロフラン溶液を金属カリウムと共に撹拌することによって調製できる。いくつかの多環式芳香族炭化水素は、ナトリウムナフタレンなどのように、それのラジカルアニオン状態で市販されている。
【００２６】
カチオン１０７は、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン１０５とのイオン性相互作用に好適である、アルカリ金属カチオン、アルカリ土類金属カチオン、またはその混合物などのいずれの移動カチオンでもよい。多様な例において、カチオンに好適なアルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムまたはフランシウムを挙げることができる。多様な例において、カチオンに好適なアルカリ土類金属としては、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムおよびラジウムを挙げることができる。いくつかの例において、カチオン１０７としては、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウムおよびバリウムのカチオンを挙げることができる。多様な例において、カチオン１０７としては、ナトリウム、カリウムおよびカルシウムのカチオンを挙げることができる。いくつかの例において、カチオン１０７はナトリウムカチオン、Ｎａ＋であり得る。
【００２７】
多様な例において、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン１０５は、第１の導電性ポリマー１０４と非共有結合接触させることができる。図４Ａは、中性多環式芳香族炭化水素と接触している第１の導電性ポリマー１０４のいくつかの例を示す。図４Ａは、金属カチオンおよび多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンの対応する塩と接触している第１の導電性ポリマーのいくつかの例も示す。
【００２８】
たとえば、一般構造４００は、Ｐによって表される反復単位を含む第１の導電性ポリマー１０４を示す。一般構造４００は、Ｒによって表される、中性形の非共有結合的に結合した多環式芳香族炭化水素１０５と接触させることができる。一般構造４００は、金属Ｍと接触してもよい。一般構造４００は、化学または電気化学酸化還元条件を受けることができ、この条件はＲをＲ・−に還元して、および／またはＭをＭ＋に酸化して、ポリマー４００’を生じさせることができる。ポリマー４００’は、Ｒ・−によって表される多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン１０５と非共有結合接触させることができる。ポリマー４００’は、Ｍ＋によって表される金属カチオン１０７を含むことができる。
【００２９】
図４Ａに示す別の例において、ポリアセチレン３２２のサンプルは、無水テトラヒドロフラン中でナフタレンおよび金属ナトリウムと化合させることができる。ナフタレンおよび金属ナトリウムは反応して、ナフタレンラジカルアニオンのナトリウム塩を形成できる。テトラヒドロフラン溶媒が除去されて、ナフタレンラジカルアニオンのナトリウム塩によってドーピングされたポリアセチレンを含むことができる複合体３２２’が残され得る。
【００３０】
図４Ａに示すさらなる例において、ポリビニルカルバゾール３２４は、無水テトラヒドロフラン水中でナフタレンおよび金属ナトリウムと化合されて、ナフタレンラジカルアニオンのナトリウム塩によってドーピングされたポリビニルカルバゾールを含むことができる複合体３２４’を生じることができる。
【００３１】
多様な例において、第１の導電性ポリマーは、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンによって共有結合的に置換できる。図４Ｂは、共有結合多環式芳香族炭化水素置換基を有する導電性ポリマーのいくつかの例を示す。図４Ｂは、金属カチオンおよび共有結合多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン置換基の対応する塩と接触している導電性ポリマーの例も示す。
【００３２】
たとえば、一般構造４０１は、Ｐによって表される反復単位およびＲによって示される、中性形の共有結合多環式芳香族炭化水素１０５を有する第１の導電性ポリマー１０４を示す。一般構造４０１は、化学または電気化学酸化還元条件下で金属Ｍと接触して、ポリマー４０１’を生じさせることができる。ポリマー４０１’は、Ｒ・−によって表される共有結合された多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン１０５を含むことができる。ポリマー４０１’は、Ｍ＋によって表される金属カチオン１０７を含むことができる。
【００３３】
図４Ｂに示す別の例において、ナフタレン置換ポリ−パラ−フェニレン４０２は、好適な溶媒、たとえばテトラヒドロフランに溶解することができ、好適な金属、たとえばナトリウムと反応させることができる。溶媒の除去により、第１のポリマー１０４の置換基としてのナフタレンラジカルアニオン１０５をＮａ＋カチオン１０７と共に含むことができるポリマー４０２’が残る。
【００３４】
図４Ｂに示すさらなる例において、Ｎ−ナフチルポリアニリン４０４は、好適な溶媒、たとえばテトラヒドロフランに溶解することができ、好適な金属、たとえばナトリウムと反応させることができる。溶媒の除去により、第１のポリマー１０４の置換基としてのナフタレンラジカルアニオン１０５をＮａ＋カチオン１０７と共に含むことができる、ドーピングされた複合体４０４’が残る。
【００３５】
図４Ｃは、共有結合的に付着した多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン置換基と接触している、第１の導電性ポリマーのいくつかの例のナトリウム塩を示す。たとえば、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン置換基は、ポリピロール誘導体４０６、ポリチオフェン誘導体４１０、ポリ−パラ−フェニレン誘導体４１２、ポリピリジン誘導体４１４およびポリアニリン誘導体４１６にてＣ置換しているのが示されている。また、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン置換基は、ポリピロール誘導体４０８およびポリアニリン誘導体４１８にてＮ置換しているのが示されている。他の例において、好適な第１の導電性ポリマーは、図４Ｃに示す導電性ポリマーの組合せまたはコポリマーを含むことができる。
【００３６】
図４Ｄおよび図４Ｅは、共有結合的に付着した多環式芳香族炭化水素置換基を有するポリマーを調製するための合成手順のいくつかの例を示す。図４Ｄおよび図４Ｅは、本明細書に記載する少なくともいくつかの実施形態に従って構成される、共有結合的に付着した多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン置換基を形成するために用いることができる、続いての反応も示す。多様な合成手順の例の詳細な実例については、下の実施例７から１３も参照のこと。
【００３７】
たとえば、導電性ポリマーの重合のためのモノマーは、多環式芳香族炭化水素によって最初に置換され、次に公知の化学または電気化学重合法に従って重合させることができる。多様な例において、多環式芳香族炭化水素は、周知の鈴木カップリング反応を使用した対応するブロモおよびボロン酸エステル置換前駆体のテトラキス−トリフェニルホスフィンパラジウム触媒クロスカップリングを介して、導電性ポリマーのアリールまたはヘテロアリールモノマーにカップリングさせることができる（反応スキーム４２０、４２２および４２４）。さらなる詳細事項および具体的な実例については、実施例７、８および９を参照のこと。
【００３８】
多くのチオフェン、フランおよびピロールは、標準の電気化学方法を使用して、その対応する導電性ポリマーに重合させることができる。いくつかの例において、伝えられるところによれば、いくつかの３置換チオフェン、フランおよびピロールの電気化学重合は立体効果のために阻害される。幸いにも、多くの公知の化学的方法は、３置換チオフェン、フランおよびピロールの有効なレジオランダムおよびレジオレギュラー重合を提供できる。公知の化学的方法から改変された例を、反応スキーム４２６および４２８に示す。たとえば、２当量のＮ−ブロモ−スクシンイミドの存在下での３置換チオフェンの照射によって、２，５−ジブロモ−３置換チオフェンを産生できる。これらの２，５−ジブロモ−３置換チオフェンは、ニッケルアセトアセテート触媒を使用して、直接重合でき、対応するレジオランダムポリマーを形成できる。他の例において、２，５−ジブロモ−３置換チオフェンは、いわゆる「リーケ亜鉛」を用いて処理されて、有機金属同位体の混合物を形成できる。有機金属同位体の混合物のレジオランダム重合は、触媒量のテトラキス−トリフェニルホスフィンパラジウムを使用して行うことができる。有機金属同位体の混合物のレジオレギュラー重合は、触媒量の１，２−ビス（ジフェニルホスフィン）エタンニッケル（ＩＩ）クロリドを使用して行うことができる。さらなる詳細事項および具体的な実例については、実施例１０を参照のこと。
【００３９】
他の例において、図４Ｅの反応スキーム４３０により、１級アミンまたは２級アミンを有するモノマー、たとえばピロールは、ハロ多環式芳香族炭化水素を使用してＮ置換できることが示されている。Ｎ置換モノマーは、電気化学または化学重合によって対応するＮ置換ポリマーに重合できる。さらなる詳細事項および具体的な実例については、実施例１１を参照のこと。さらなる例、図４Ｅにおいて、反応スキーム４３２により、１級または２級アリールアミンを有するポリマー、たとえばポリアニリンは、ハロ多環式芳香族炭化水素を使用してＮ置換できることが示されている。さらなる詳細事項および具体的な実例については、実施例１２を参照のこと。
【００４０】
別の例において、置換ポリアリーレンビニレンまたはヘテロアリーレンビニレンは、Ｒ置換アリールまたはヘテロアリール前駆体から、多様な公知の経路によって合成できる。公知の経路から改変された手順の例を、図４Ｅの反応スキーム４３４に示す。３置換２，５ジブロモチオフェン（反応スキーム４２６に示すように得た）は、ブチルリチウムとの反応により、続いてホルミルピペリジンにより、２，５−ジホルミル化合物に変換できる。２，５−ジホルミル化合物は、水素化アルミニウムリチウムを使用して還元されて、２，５−ジメタノール化合物を与えることができる。２，５−ジメタノール誘導体は、チオニルクロリドによって対応する２，５−ジクロロメチル化合物に変換できる。２，５−ジクロロメチル化合物は、ジエチルジチオカルバミン酸（ｄｉｅｔｈｙｌｄｉｔｈｉｏｃａｒｂａｍａｔｏ）ナトリウム３水和物と反応して、対応する２，５−ビスジエチルジチオエチルカルバミン酸（ｄｉｅｔｈｙｌｄｉｔｈｉｏｃａｒｂａｍａｔｏ）誘導体を形成できる。２，５−ビスジエチルジチオカルバミン酸（ｄｉｅｔｈｙｌｄｉｔｈｉｏｃａｒｂａｍａｔｏ）誘導体はレジオ特異的方式で、リチウムイソプロピルアミドと重合して、ジエチルジチオカルバミン酸置換基を有する初期ポリマーを形成できる。続いての初期ポリマーの熱分解により、たとえば置換チオフェンビニレンが生成される。さらなる詳細事項および具体的な実例については、実施例１３を参照のこと。
【００４１】
各反応スキーム４２０、４２２、４２４、４２６、４２８、４３０、４３２および４３４において、最後のステップは、金属カチオン前駆体の存在下での化学または電気化学還元を含むことができ、たとえばナトリウム金属との反応により、金属カチオンＮａ＋および共有結合的に結合した多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンＲ・−の塩が産生される。
【００４２】
図４Ｄおよび図４Ｅに記載した反応の好適な出発物質としては、多環式芳香族炭化水素の、および導電性ポリマーモノマーのハロまたはホウ酸塩／ホウ酸エステル置換誘導体を挙げることができる。多環式芳香族炭化水素の、および導電性ポリマーモノマーのハロゲン誘導体は、ハロゲンラジカル源、たとえばＮ−ブロモ−スクシンイミドまたはＮ−クロロ−スクシンイミドの存在下で、非置換多環式芳香族炭化水素の混合物を照射することによっても合成できる。ボロン酸塩エステル置換誘導体は、パラジウムジクロリドの存在下で、対応するハロ誘導体とピナコールボランとの反応によっても合成できる。
【００４３】
多様な例において、たとえば図１Ａに示すように、電解質１１０Ａとしては液体電解質を挙げることができる。いくつかの例において、電解質としては、ポリオキシアルキレン、ポリオキシアルキレンアルコール、アルキルエーテル、シクロアルキルエーテル、アルキレンカーボネート、シクロアルキレンカーボネート、アルカノン、シクロアルカノン、ラクトンまたはその組合せを挙げることができる。好適なポリオキシアルキレンまたはポリオキシアルキレンアルコールとしては、たとえばポリエチレンオキシドまたはポリエチレングリコールを挙げることができる。好適なアルキルエーテルとしては、たとえばジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテルなどを挙げることができる。好適なシクロアルキルエーテルとしては、たとえばテトラヒドロフラン、ジオキサンなどを挙げることができる。好適なアルキレンまたはシクロアルキレンカーボネートとしては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどを挙げることができる。好適なアルカノンまたはシクロアルカノンとしては、たとえばアセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノンなどを挙げることができる。好適なラクトンとしては、ベータ−プロピロラクトン、ガンマ−ブチロラクトン、デルタ−バレロラクトンなどを挙げることができる。
【００４４】
多様な例において、電解質としては、１つ以上の電解質塩を挙げることができる。好適な電解質塩としては、金属カチオン１０７、他のカチオン、たとえばアンモニウム、テトラアルキルアンモニウム、ホスホニウムまたはテトラアルキルホスホニウム、その組合せなどを挙げることができる。いくつかの例において、電解質塩としては、金属カチオン１０７を挙げることができる。好適な電解質塩としては、アニオン、たとえばフルオリド、クロリド、ブロミド、ヨージド、カルボキシレート、トリフルオロメタンスルホネート、ビストリフルオロメタンスルホンイミデート、フルオロサルフェート、ヘキサフルオロホスフェート、ペルクロレート、テトラフルオロボレート、ｐ−トルエンスルホネート、ニトレートなどを挙げることができる。好適なカルボキシレートとしては、たとえばアセテート、ベンゾエートなどを挙げることができる。いくつかの例において、電解質塩としては、ペルクロレートまたはトリフルオロメタンスルホネートアニオンを挙げることができる。
【００４５】
いくつかの例において、電解質は、第１の導電性ポリマーを第２の導電性ポリマーから分離するアイオノマーの塩、たとえば図１Ｂに示すアイオノマー電解質１１０Ｂを挙げることができる。本明細書で使用する場合、アイオノマーは、電気的に中性の反復単位およびイオン化性反復単位の両方を含むことができるポリマーであり得る。好適な中性反復単位としては、アルキル、アルキルエーテル、ペルフルオロアルキルおよびペルフルオロアルキルエーテル単位を挙げることができる。好適なイオン化性反復単位としては、スルホネート、ホスフェートおよびカルボキシレートを挙げることができる。多くの好適なアイオノマーは市販されていて、プロトン交換メンブレンとして一般に用いることができる。多様な例において、好適なアイオノマーとしては、商品名ナフィオン（登録商標）（デュポン、ウィルミントン、デラウェア州）として公知のポリテトラフルオロエチレン：ペルフルオロスルホン酸コポリマーのクラスを挙げることができる。これらのアイオノマーは、末端スルホネートを有するポリフルオロビニルエーテル基によって置換された、ポリポリテトラフルオロエチレン骨格を特徴とすることができる。図５は、固体電解質として機能し得るアイオノマーメンブレンの１つの具体例、すなわちテトラフルオロエチレン−ペルフルオロ−３，６−ジオキサ−４−メチル−７−オクテンスルホン酸コポリマー（ＣＡＳ登録番号６６７９６−３０−３、「ナフィオン（登録商標）−Ｈ」）を表す化学構造を示す。
【００４６】
第１および第２の電極１０２および１０８は、いずれの好適な導電性材料、たとえば金属またはそれの合金、導電性ポリマー、導電性酸化物などからも作製できる。いくつかの例において、第１および第２の電極１０２および１０８としては、金属または合金が挙げられ、金属または合金としては、１つ以上の金属、たとえば銅、アルミニウム、スズ、鉛、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、銀、金、白金、パラジウム、バナジウム、マンガン、チタン、タングステン、インジウム、亜鉛、カドミウムなどを含むことができる。いくつかの例において、第１および第２の電極１０２および１０８は、シート、ワイヤ、プレート、箔、テープなどの形であり得る。いくつかの例において、第１および第２の電極１０２および１０８は、導電性ポリマー１０４および１０６について上で記載した導電性ポリマーのいずれも挙げることができる。いくつかの例において、第１または第２の電極１０２および１０８は、対応する第１または第２の導電性ポリマー１０４または１０６と一致し得る。たとえば第１の電極１０２は、第１の導電性ポリマー１０４でもあり得る。いくつかの例において、第１および第２の電極１０２および１０８としては、導電性酸化物、たとえばインジウムスズオキシド、アルミニウムドープ亜鉛オキシド、インニウムドープカルシウムオキシドなどを挙げることができる。
【００４７】
種の電荷および数、たとえば図１Ａおよび図１Ｂにおける多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン１０５のＲ・−および金属カチオン１０７のＭ＋は、概念を示す目的で示され、限定するものではない。たとえば金属カチオンは、２価カチオン、たとえばＣａ＋＋、Ｂａ＋＋、Ｍｇ＋＋などであり得る。同様に、ラジカルおよび正または負電荷の位置は、概念を示す目的で示され、限定するものではない。
【００４８】
さらに、いつでも電気化学セル１００Ａまたは１００Ｂの電気化学状態に応じて、帯電しているとして示された種のうちある部分は、中性形として存在し得る。たとえば、多環芳香族炭化水素ラジカルアニオン１０５のある部分は、その中性形、ナフタレンに対して、対応する中性多環式芳香族炭化水素の形、たとえばナフタレンラジカルアニオンであり得る。別の例において、金属カチオン１０７のある部分は、中性ナトリウム金属に対して、その中性形、たとえばナトリウムカチオンであり得る。
【００４９】
実施形態の例は、本明細書に記載したような、電気化学セルまたは電池を作製する方法も含むことができる。これらの方法は、本明細書に記載する構成を含む、いくつもの手法で実施できる。このような１つの手法は、本開示に記載する種類の装置の機械操作によるものであり得る。別の必須ではない手法は、操作の一部を行う１人以上の人間オペレータと連携して行われる方法の１つ以上の個々の操作のためであり得るが、他の操作は機械によって行うことができる。多様な人間オペレータを互いに並べて配置する必要はなく、代わりに操作の一部を行う１台以上の機械の周囲に各オペレータ（ｏｐｅｒａｔｅｄ）を配置できる。他の例において、人間の介入は、たとえば機械により自動化できる事前に選択された基準によって自動化できる。
【００５０】
図６は、本明細書に記載する少なくともいくつかの実施形態によって構成された、電気化学セルの例、たとえば電気化学セル１００Ａもしくは１００Ｂ、または対応する電池、たとえば電池２００Ａもしくは電池２００Ｂの作製に使用できるステップを示すフローチャートである。
【００５１】
多様な例において、電気化学セル、たとえばセル１００Ａを作製する方法は、第１の導電性ポリマー１０４を含み、多環式芳香族炭化水素１０５も含む第１の電極１０２を形成するステップを含むことができる。多環式芳香族炭化水素１０５は、その中性形であり得る。電気化学セル、たとえばセル１００Ａを作製する方法は、第２の導電性ポリマー１０６を含むことができる第２の電極１０８を形成することも含むことができる。電気化学セル、たとえばセル１００Ａを作製する方法は、多環式芳香族炭化水素１０５を金属、すなわち金属カチオン１０７に相当する金属と接触させることも含むことができる。たとえば、金属カチオン１０７がＮａ＋である場合、多環式芳香族炭化水素１０５はナトリウム金属と接触させることができる。電気化学セル、たとえばセル１００Ａを作製する方法は、電解質１１０Ａを第１および第２の導電性ポリマー１０４および１０６、多環式芳香族炭化水素１０５ならびに金属カチオン１０７と接触させることも含むことができる。電解質は、本明細書で上述したような１つ以上の成分を含むことができ、たとえばいくつかの実施形態において、電解質はプロピレンカーボネートおよびナトリウムペルクロレートを含むことができる。電気化学セル、たとえばセル１００Ａを作製する方法は、多環式芳香族炭化水素１０５をその多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン形に還元して、金属をその金属カチオン形１０７に酸化することも含むことができる。たとえば、多環式芳香族炭化水素１０５がナフタレンであり、上記のようなナトリウム金属と接触し得る場合、ナトリウム金属はナフタレンと化学的に反応して、ナフタレンラジカルアニオンおよびナトリウムカチオンを含むことができる塩を形成できる。電気化学セル、たとえばセル１００Ｂを作製する方法は、前述のステップの１つ以上を、電解質１１０Ｂを第１および第２の導電性ポリマー１０４および１０６、多環式芳香族炭化水素１０５ならびに金属カチオン１０７と接触させるステップをと組合せることができる。本明細書で上述した多様な例において、電解質１１０Ｂは、第１および第２の導電性ポリマー１０４および１０６と接触するアイオノマーであって、たとえばメンブレンの形であり得るアイオノマーを含むことができる。
【００５２】
導電性ポリマー１０４および１０６ならびにアイオノマー電解質１１０Ｂを形成するための好適なポリマー処理方法としては、このようなポリマーの形成についてすでに公知である多様な方法を挙げることができる。方法の例としては：溶融処理；溶媒蒸発；減圧溶媒蒸発；スピンコーティング；浸漬コーティング；スプレーコーティング；溶媒キャスティング；ドクターブレーディング；超臨界条件下での溶媒除去；ポリマーの前駆体からのインサイチュー重合；インサイチューでのポリマー硬化または架橋；事前に形成されたポリマー層またはメンブレン、たとえばアイオノマー電解質１１０Ｂの市販のアイオノマープロトン交換メンブレンの追加などの１つ以上の技法を挙げることができる。好適なポリマー処理条件の具体的な詳細事項は、特定の導電性ポリマーまたはアイオノマーに基づいて選択できる。たとえば、代表的な溶液キャスティング方法は、問題のポリマーの高沸点溶媒を用いる。
【００５３】
導電性ポリマーを作製するための１つの追加の考慮事項として、他の記載した成分、たとえば電解質１１０Ａについて上述したような多環式芳香族炭化水素１０５、金属カチオン１０７の金属前駆体および移動電解質成分を分散させる多様な混合技法を挙げることができる。このような成分は、ポリマーまたはポリマー前駆体の溶液または液体中に分散させることができる。分散方法としては、機械的技法、たとえばポリマーと組合せて分散される成分を撹拌または機械的にボールミル処理することを挙げることができる。分散方法としては、たとえポリマーと接触している成分の超音波処理も挙げることができる。多様な例において、分散成分の沈降を避けるため、分散方法（たとえば超音波処理）の直後には、ポリマー形成方法（たとえばスピンコーティング）を続けることができる。
【００５４】
ここで再度図６を参照すると、本明細書に記載するような電気化学セルを作製する方法の例は、図８の装置８００などのコンピュータ装置または図７の製造コントローラ７９０などの専用コントローラによって制御できる。コントローラ装置６１０は、コンピュータ装置８００、製造コントローラ７９０または方法の実施を制御するためのコンピュータ可読媒体６２０に記憶されている命令を実行するように設定された同様の装置として実現できる。本明細書に記載するような電気化学セルを作製するプロセスは、ブロック６２２、６２４、６２６、６２８および／または６３０の１つ以上によって示されるような１つ以上の操作、機能または動作を含むことができる。
【００５５】
いくつかのプロセスの例は、操作６２２「第１の電極を形成するための、多環式芳香族炭化水素（ＰＡＨ）を含む第１の導電性ポリマーを調製する」で開始できる。操作６２２は、たとえば図７のミキサ／リアクタ／アプリケータ機７９２によって行うことができる。機械７９２は、上記のような導電性ポリマー１０４を溶解および／または反応させるための１つ以上の混合機能、たとえば機械的撹拌、超音波処理を含むことができる。機械７９２は、薄層などを形成するためにたとえばポリマー１０４および１０６の溶液を塗布するための１つ以上の塗布機能を含むことができる。操作６２２において、製造コントローラ７９０は機械７９２に、導電性ポリマー１０４が混合および処理される経過時間によって、たとえば機械的撹拌または超音波処理の程度に関係するパラメータを用いて命令できる。操作６２２は、所定の条件が満足されるまで継続できる。「所定の条件」としては、たとえばポリマー１０４の少なくとも一部を溶解させるのに十分な混合時間；ポリマー１０４の少なくとも一部の溶解に対応する粘度；ポリマー１０４の少なくとも一部の溶解に対応する視覚的または分光学的指標、たとえば屈折率または濁度などを挙げることができる。
【００５６】
いくつかの例において、操作６２２は重合と併せて行うことができる。たとえば、機械７９２の１つ以上の混合機能は、導電性ポリマー１０４または１０６のモノマー前駆体を溶解および／または反応させるために用いることができる。機械７９２は、たとえば導電性ポリマー１０４または１０６のモノマー前駆体を第１または第２の電極１０２または１０８と接触させるための、１つ以上の塗布機能を含むことができる。また、必須ではない電気化学コントローラ７９８は、第１または第２の電極１０２または１０８にて導電性ポリマー１０４または１０６のモノマー前駆体を電気化学的に重合するように操作できる。
【００５７】
操作６２２には、操作６２４「ＰＡＨを金属と接触させ、ＰＡＨをＰＡＨラジカルアニオンに還元し、金属を金属カチオンに酸化する」を続けることができる。操作６２４において、製造コントローラ７９０は場合により、混合／リアクタモードで動作している機械７９２と連携する、機械金属アプリケータ機７９４にパラメータを用いて命令できる。操作６２４における命令は、たとえば多環式芳香族炭化水素１０５と金属との反応の経過時間による機械的撹拌または超音波処理の程度に関係している。操作６２４における命令は、たとえば多環式芳香族炭化水素１０５および金属カチオン１０７を導電性ポリマー１０４と混合する態様にも関係し得る。操作６２４は、所定条件を達成できる、たとえば混合が多環式芳香族炭化水素１０５、金属カチオン１０７および導電性ポリマー１０４を反応および混合するのに十分な長さの時間にわたって進行するまで継続できる。操作６２４は、本明細書に記載するように金属と多環式芳香族炭化水素１０５との化学反応によって行うことができるか、または操作６２４は、必須ではない電気化学電源７９８を使用する反応の電気化学的制御によって行うことができる。
【００５８】
操作６２２と同様に、操作６２６「第２の電極を形成するために第２の導電性ポリマーを調製する」において、製造コントローラ７９０は、たとえば導電性ポリマー１０６が混合および形成される経過時間による機械的撹拌または超音波処理の程度に関係するパラメータを用いて、機械７９２に命令できる。操作６２６は、所定条件を達成できるまで、たとえば混合がポリマー１０６を溶解させるのに十分な長さの時間にわたって進行するまで継続できる。
【００５９】
多様な例において、ポリマー１０４および１０６、多環式芳香族炭化水素１０５ならびに金属カチオン１０７の混合は、約５分から１２時間の間の超音波処理を含むことができる。いくつかの例において、好適な超音波処理時間は、約１５分から約８時間の、約３０分から約４時間の範囲に及び、またはいくつかの例において約２時間である。機械的撹拌または超音波処理を含む混合のための好適な温度は、約０℃から約１２０℃の間の、またはいくつかの例において、約２０℃から約１００℃の間の、約３０℃から約９０℃の間の、約４０℃から約８０℃の間の、約５０℃から約７０℃の間の範囲、またはいくつかの例において約６０℃であり得る。
【００６０】
操作６２２、６２４および／または６２６には、操作６２８「第１および第２の電極を形成するために、第１および第２の導電性ポリマー層を塗布する」を続けることができる。操作６２８において、プロセッサ（たとえばプロセッサ６１０）は、コーティングまたは形成機、たとえば図７のコーティング／形成機７９２を制御できる。好適なコーティング技法は：溶融処理；溶媒蒸発；減圧溶媒蒸発；スピンコーティング；浸漬コーティング；スプレーコーティング；溶媒キャスティング；ドクターブレーディング；超臨界条件下での溶媒除去；ポリマーの前駆体からのインサイチュー重合；インサイチューでのポリマー硬化または架橋などの１つ以上を含むことができる。いくつかの例において、操作６２８は、機械７９２のコーティング機能に応じて、たとえばスピンコーティング、浸漬コーティング、スプレーコーティングなどによって、溶媒混合物で表面をコーティングするように機械７９２に指示できる。他の例において、ポリマー１０４もしくは１０６がたとえば溶融によって液体状態にあり得る場合、またはポリマー１０４もしくは１０６が単独でもしくは多環式芳香族炭化水素１０５および／もしくは金属カチオン１０７と共に固体溶液として混合できる場合、コーティング／形成機７９２は、コーティング／形成機７９４の押出または成形機能に応じて、たとえば押出、共押出または射出成形によって層または物品を形成できる。
【００６１】
操作６２８には、操作６３０「電解質を第１および第２の導電性ポリマー、ＰＡＨおよび金属に接触させる」を続けることができる。操作６３０において、プロセッサ（たとえばプロセッサ６１０）は、図７の電解質アプリケータ７９６を制御できる。好適な電解質接触技法は、図１Ａに示すような電気化学セル１００Ａを作製する場合と同様に、たとえばポリマー１０４および１０６を液体電解質１１０Ａと接触させることを含むことができる。好適な電解質接触技法は、図１Ｂに示すような電気化学セル１００Ｂを作製する場合と同様に、たとえばポリマー１０４および１０６をメンブレン電解質１１０Ｂと共に共押出、接触または連続層形成することも含むことができる。操作６３０は、メンブレン電解質１１０Ｂの性質に応じて：溶融処理；溶媒蒸発；減圧溶媒蒸発；スピンコーティング；浸漬コーティング；スプレーコーティング；溶媒キャスティング；ドクターブレーディング；超臨界条件下での溶媒除去；ポリマーの前駆体からのインサイチュー重合；インサイチューでのポリマー硬化または架橋などの１つ以上を含むことができる。
【００６２】
上記の図６のプロセスに含まれる操作は、例証を目的とするにすぎない。本明細書に記載する電気化学セルの例を作製するプロセスは、より少ないまたはより多い操作を有する同様のプロセスによって実施できる。いくつかの例において、操作は異なる順序で行うことができる。他のいくつかの例において、多様な操作を省くことができる。なお他の例において、多様な操作をより多い操作に分けることができるか、またはより少ない操作にまとめることができる。連続して順序付けられた操作として示されているが、いくつかの実施において、多様な操作は異なる順序で行うことができ、またはいくつかの場合において、多様な操作は実質的に同時に行うことができる。
【００６３】
図７は、本明細書に記載する少なくともいくつかの実施形態に従って構成された、図６に概要を示すプロセスステップを使用する、本明細書に記載するような誘電材料の例の作製に使用できる、自動化機械７００のブロック図である。図７に示すように、製造コントローラ７９０は、図６に記載したステップを行うために使用できる機械、たとえばポリマー混合／反応／アプリケータ７９２、金属アプリケータ機７９４、電解質アプリケータ機７９６および／または必須ではない電気化学コントローラ７９８に連結できる。製造コントローラ７９０は、人間による制御により、ネットワーク７１０を介したリモートコントローラ７７０によって、またはコンピュータプログラムに見られるような機械実行命令によって操作できる。誘電材料を作製する異なるプロセスの制御に関連するデータは、データ記憶装置７８０への記憶、および／またはデータ記憶装置７８０からの受信が可能である。
【００６４】
実施例１−６：図６および７について上述した機械およびステップを使用して電気化学セルおよび対応する電池を作製する方法の例を、以下でいくつか述べる。後述するプロセス、材料および量の例は、例証を目的とするにすぎず、実施形態に対する限定を構成しない。有機ナトリウムポリマー電気化学セルおよび対応する電池は、本明細書に記載する原理を使用して、多種多様の材料、量、プロセスによって製造できる。
【実施例１】
【００６５】
非共有結合的に付着した多環式芳香族炭化水素を用いた電気化学セルの例１００Ａの作製
【００６６】
ポリアニリン溶液は、無水テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）中に、ＴＨＦ１００ミリリットル中０．００５ｍｏｌの濃度でアニリン反復単位を溶解することによって形成できる。ポリアニリン−ＴＨＦ溶液を約０．００５ｍｏｌ以上のナトリウムナフタレンを含有する無水ＴＨＦ溶液と合せることができる。合せたポリアニリン−ナトリウムナフタレン−ＴＨＦ溶液混合物を、混合を補助するために約２０分間超音波処理する。超音波処理したポリアニリン−ナトリウムナフタレン−ＴＨＦ溶液を、約３０℃および無水、大気圧にてスピンコーティングによって、第１の電極１０２（たとえば金属箔）上に薄層として形成する。ＴＨＦを蒸発させてナトリウムナフタレンでドープしたポリアニリンを第１の導電性ポリマー１０４の薄膜として産生するために、薄層を約１５０℃にて１分間焼成できる。第２の導電性ポリマー１０６としてのポリ−パラ−フェニレンビニレンの溶液は別に調製され、約３０℃および無水、大気圧でのスピンコーティングにより第２の電極１０８（たとえば金属箔）上に薄層として形成され、ＴＨＦを蒸発させるために焼成されて、薄膜として第２の導電性ポリマー１０６を産生できる。第１および第２の導電性ポリマー１０４および１０６は、第１および第２の電極１０２および１０８にて薄膜として作製できる。次に、図１Ａに示すように、第１の電極および第１の導電性ポリマー１０２／１０４は、第２の電極および第２のポリマー１０６／１０８に接触させることができる。電解質成分、たとえばポリエチレンオキシドおよびナトリウムペルクロレートが添加されて、導電性ポリマー層を透過させることができる。結果は、図１Ａに示すように形成された電気化学セルの例１００Ａであり得る。
【実施例２】
【００６７】
非共有結合的に付着した多環式芳香族炭化水素を用いた電気化学セルの例１００Ｂの作製
【００６８】
第１および第２の導電性ポリマー１０４および１０６は、前述の実施例の手順に記載したように、第１および第２の電極１０２および１０８にて薄膜として作製できる。次に、第１の電極および第１の導電性ポリマー１０２／１０４ならびに第２の電極および第２のポリマー１０６／１０８は、図１Ｂに示すようにアイオノマーメンブレン１１０Ｂのいずれかの側に接触させることができる。結果は、図１Ｂに示すように形成された電気化学セルの例１００Ｂであり得る。追加の電解質成分、たとえばポリエチレンオキシドおよびナトリウムペルクロレートが添加されて、導電性ポリマー層を透過させることができる。
【実施例３】
【００６９】
共有結合的に付着した多環式芳香族炭化水素を用いた電気化学セルの例１００Ａの作製
【００７０】
前述の実施例において、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン１０５は、第１の導電性ポリマー１０４である、ポリアニリンと非共有結合的に接触させることができる。本実施例において、ナフタレンは最初に、ポリアニリンの窒素に共有結合的に結合できる。ポリアニリン溶液は、無水テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）中に、無水ＴＨＦ約１００ミリリットル中約０．００５ｍｏｌの濃度でアニリン反復単位を溶解することによって形成できる。ポリアニリン−ＴＨＦ溶液は、ナフチルブロミド約０．００５ｍｏｌを含有する無水ＴＨＦ溶液と合せて、反応を補助するために約２０分間超音波処理できる。生じたＮ−ナフチルポリアニリンのＴＨＦ溶液を次に、ナトリウム金属約０．００５モル上で、ナトリウム金属が溶解するまで撹拌および超音波処理して、Ｎ−ナフチル基のラジカルアニオンを形成させることができる。約３０℃および無水、大気圧でのスピンコーティングによって、第１の電極１０２（たとえば金属箔）上に薄層を形成させることができる。ＴＨＦを蒸発させてナトリウムＮ−ナフタレンでドープしたポリアニリンを第１の導電性ポリマー１０４の薄膜として産生するために、薄層を約１５０℃にて約１分間焼成できる。第２の導電性ポリマー１０６としてのポリ−パラ−フェニレンビニレンの溶液は別に調製され、約３０℃および無水、大気圧でのスピンコーティングにより第２の電極１０８（たとえば金属箔）上に薄層として形成され、ＴＨＦを蒸発させるために焼成されて、薄膜として第２の導電性ポリマー１０６を産生できる。第１および第２の導電性ポリマー１０４および１０６は、第１および第２の電極１０２および１０８にて薄膜として作製できる。次に、図１Ａに示すように、第１の電極および第１の導電性ポリマー１０２／１０４は、第２の電極および第２のポリマー１０６／１０８に接触させることができる。電解質成分、たとえばポリエチレンオキシドおよびナトリウムペルクロレートが添加されて、導電性ポリマー層を透過させることができる。本実施例の手順により、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン１０５が第１のポリマー１０４に共有結合的に付着できる、図１Ａに示すような電気化学セル１００Ａを産生できる。
【実施例４】
【００７１】
共有結合的に付着した多環式芳香族炭化水素を用いた電気化学セルの例１００Ｂの作製
【００７２】
第１および第２の導電性ポリマー１０４および１０６は、前述の実施例の手順に記載したように、第１および第２の電極１０２および１０８にて薄膜として作製できる。次に、第１の電極および第１の導電性ポリマー１０２／１０４ならびに第２の電極および第２のポリマー１０６／１０８は、図１Ｂに示すようにアイオノマーメンブレン１１０Ｂのいずれかの側に接触させることができる。結果は、図１Ｂに示すように形成された電気化学セルの例１００Ｂであり得る。追加の電解質成分、たとえばポリエチレンオキシドおよびナトリウムペルクロレートが添加されて、導電性ポリマー層を透過させることができる。
【実施例５】
【００７３】
非共有結合的に付着した多環式芳香族炭化水素を用いた電池の例２００Ａの作製
【００７４】
２個の電気化学セルの例１００Ａは、実施例１で上述したように構成できる。２個の電気化学セルの例は、図２Ａに示すように直列に結合され、電池の例２００Ａを得ることができる。電気化学セルは実施例１のように構成できるため、多環式芳香族炭化水素（ここではナフタレンまたはナトリウムナフタレン）は、第１の導電性ポリマー（ここではポリアニリン）と非共有結合的に接触させることができる。
【実施例６】
【００７５】
共有結合的に付着した多環式芳香族炭化水素を用いた電池の例２００Ｂの作製
【００７６】
２個の電気化学セルの例１００Ｂは、実施例４で上述したように構成できる。２個の電気化学セルの例は、図２Ａに示すように直列に結合されて、電池の例２００Ｂを得ることができる。電気化学セルは実施例４のように構成できるため、多環式芳香族炭化水素（ここではナフタレンまたはナトリウムナフタレン）は、第１の導電性ポリマー（ここではポリアニリン）に共有結合的に結合された基であり得る。
【００７７】
実施例７−１３：多環式芳香族炭化水素によって共有結合的に置換できる第１の導電性ポリマーの例１０４を作製する方法の例を、以下でいくつか述べる。すべて本明細書で論じる少なくともいくつかの実施形態に従って構成された、多環式芳香族炭化水素を多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン１０５に還元して、対応する金属を金属カチオン１０７に酸化するためにポリマーを反応させるためのステップも含まれる。
【実施例７】
【００７８】
共有結合多環式芳香族炭化水素置換基を有するレジオランダムポリフラン導電性ポリマーの合成
【００７９】
図４Ｄの反応スキーム４２０を参照のこと。１−ブロモナフタレン約０．０１モルおよびフラン−３−ボロン酸ピナコールエステル約０．０１モルを含有する、ＴＨＦ１００ミリリットルの無水溶液を調製できる。カリウムカーボネート約０．０１モルおよびテトラキストリフェニルホスフィンパラジウム触媒約０．０００３モルを添加することができ、生じた混合物を不活性雰囲気下で約１２時間にわたり撹拌および還流できる。次に混合物は冷却され、希クエン酸水溶液で洗浄することができ、溶媒が除去できる。生じた固体である３−ナフタ−１−イル−フランは、テトラブチルアンモニウムペルクロレート電解質中で約０．１Ｍであり得る乾燥アセトニトリル約２５ミリリットルに溶解できる。適切な電極を添加することができ、サイクリックボルタモグラムを行って、約１から２ボルトの間の範囲の適切な電気重合電位を決定できる。次に溶液は、約０．０１モルの電荷が通過するまで、決定された電位を印加できる。生じたポリマー膜は、アノードから除去して直接使用できる。代替的に、膜はソックスレー装置内で還流ＴＨＦによって抽出できる。ＴＨＦ溶液は、１−ナフチル基によってレジオランダムに置換されたポリフランを含有し、スピンコーティング、浸漬コーティングなどに使用できる。１−ナフチル基によってレジオランダムに置換されたポリフランの溶液はまた、金属ナトリウム約０．０１モルと共に、少なくともナトリウムが一部溶解するまで撹拌および超音波処理できる。結果として、１−ナフチル基によってレジオランダムに置換されたポリフランのポリラジカルアニオンを含むことができる。
【実施例８】
【００８０】
共有結合多環式芳香族炭化水素置換基を有するレジオランダムポリチオフェン導電性ポリマーの合成
【００８１】
図４Ｄの反応スキーム４２２を参照のこと。２−ブロモナフタレン約０．０１モルおよびチオフェン−３−ボロン酸ピナコールエステル約０．０１モルを含有する、ＴＨＦ１００ミリリットルの無水溶液を調製できる。カリウムカーボネート約０．０１モルおよびテトラキストリフェニルホスフィンパラジウム触媒約０．０００３モルを添加することができ、生じた混合物は、不活性雰囲気下で約１２時間にわたり撹拌および還流できる。次に混合物は冷却され、希クエン酸水溶液で洗浄することができ、溶媒を除去できる。生じた固体である３−ナフタ−２−イル−チオフェンは、テトラブチルアンモニウムペルクロレート電解質中で約０．１Ｍであり得る乾燥アセトニトリル約２５ミリリットルに溶解できる。適切な電極を添加することができ、サイクリックボルタモグラムを行って、約１から２ボルトの間の適切な電気重合電位を決定できる。次に溶液は、約０．０１モルの電荷が通過するまで、決定された電位を印加できる。生じたポリマー膜は、アノードから除去して直接使用できる。代替的に、膜はソックスレー装置内で還流ＴＨＦによって抽出できる。ＴＨＦ溶液は、２−ナフチル基によってレジオランダムに置換されたポリチオフェンを含有し、スピンコーティング、浸漬コーティングなどに使用できる。２−ナフチル基によってレジオランダムに置換されたポリチオフェンを含有するＴＨＦ溶液はまた、金属ナトリウム約０．０１モルと共に、少なくともナトリウムが一部溶解するまで撹拌および超音波処理できる。結果として、２−ナフチル基によってレジオランダムに置換されたポリチオフェンのポリラジカルアニオンを含むことができる。
【実施例９】
【００８２】
Ｃ結合された共有結合多環式芳香族炭化水素置換基を有するレジオランダムポリピロール導電性ポリマーの合成
【００８３】
図４Ｄの反応スキーム４２４を参照のこと。１−ブロモアントラセン約０．０１モルおよび１−（トリイソプロピルシリル）−１Ｈ−ピロール−３−ボロン酸０．０１モルを含有する、ＴＨＦ１００ミリリットルの無水溶液が調製できる。カリウムカーボネート約０．０１モルおよびテトラキストリフェニルホスフィンパラジウム触媒約０．０００３モルを添加することができ、生じた混合物は、不活性雰囲気下で約１２時間にわたり撹拌および還流できる。次に混合物は冷却され、希クエン酸水溶液で洗浄され、脱水することができ、溶媒が除去できる。生じた固体である、Ｎ−トリイソプロピルシリル−３−アントラセン−１−イル−ピロールは無水ＴＨＦに溶解され、氷浴中で冷却することができ、ＢＦ３−エーテラート約０．０１５モルを添加できる。混合物が撹拌され、室温まで温度上昇させることができ、Ｎ−トリイソプロピルシリル−３−アントラセン−１−イル−ピロールの３−アントラセン−１−イル−ピロールへの変換は、ガスクロマトグラフィー質量分析によって監視できる。反応が完了まで進んだら、混合物は水または塩基性緩衝溶液で洗浄することができ、有機層は分離、脱水することができ、溶媒は真空下で蒸発させることができる。生じた固体である３−アントラセン−１−イル−ピロールは、テトラブチルアンモニウムペルクロレート電解質中で約０．１Ｍであり得る乾燥アセトニトリル約２５ミリリットルに溶解できる。適切な電極を添加することができ、サイクリックボルタモグラムを行って、約１から２ボルトの間の適切な電気重合電位を決定できる。次に溶液は、約０．０１モルの電荷が通過するまで、決定された電位を印加できる。生じたポリマー膜は、アノードから除去して、直接使用できる。代替的に、膜はソックスレー装置内で還流ＴＨＦによって抽出できる。ＴＨＦ溶液は、１−アントラシル基によってレジオランダムにＣ置換されたポリピロールを含有し、スピンコーティング、浸漬コーティングなどに使用できる。１−アントラシル基によってレジオランダムにＣ置換されたポリピロールを含有するＴＨＦ溶液はまた、金属ナトリウム約０．０１モルと共に、少なくともナトリウムが一部溶解するまで撹拌および超音波処理できる。結果として、１−アントラシル基によってレジオランダムに置換されたポリピロールのポリラジカルアニオンを含むことができる。
【実施例１０】
【００８４】
共有結合多環式芳香族炭化水素置換基を有するレジオレギュラーポリチオフェン導電性ポリマーの合成
【００８５】
図４Ｄの反応スキーム４２８を参照のこと。実施例８で上述したように調製した３−ナフタ−２−イル−チオフェン約０．０１モルは、無水ＴＨＦ約１００ミリリットル中でＮ−ブロモ−スクシンイミド約０．０２２モルと共に撹拌できる。混合物にＵＶ発光石英管ランプを照射することができ、３−ナフタ−２−イル−チオフェンの３−ナフタ−２−イル−２，５−ジブロモチオフェンへの変換は、ガスクロマトグラフィー質量分析によって監視できる。反応が完了まで進んだら、混合物は水で洗浄することができ、有機層は分離、脱水することができ、溶媒は真空下で蒸発させることができる。次のステップにおいて、３−ナフタ−２−イル−２，５−ジブロモチオフェン約０．０１モルは無水ＴＨＦ約１００ミリリットルに溶解され、氷浴中で冷却することができ、過剰の活性「リーケ」亜鉛粉が添加され、撹拌されて、室温まで温度上昇させることができる。生じた有機金属性異性体の混合物は、さらに単離せずに、触媒量である約０．０００２モルの１，２−ビス（ジフェニルホスフィノ）エタンニッケル（ＩＩ）クロリドと合せることができる。混合物は還流まで加熱され、１２時間反応させることができる。次に混合物は冷却され、希クエン酸水溶液で洗浄することができ、有機層は脱水することができ、溶媒は除去されて残留物が残り得る。残留物は、ソックスレー装置内で還流ＴＨＦによって抽出できる。ＴＨＦ溶液は、ポリ（３−ナフタ−２−イルチオフェン）を含有し、スピンコーティング、浸漬コーティングなどに使用できる。ポリ（３−ナフタ−２−イルチオフェン）を含有するＴＨＦ溶液はまた、金属ナトリウム約０．０１モルと共に、少なくともナトリウムが一部溶解するまで撹拌および超音波処理できる。結果として、ポリ（３−ナフチル−２−イルチオフェン）のポリラジカルアニオンを含むことができる。
【実施例１１】
【００８６】
Ｎ結合多環式芳香族炭化水素置換基を有するモノマーからのポリピロール導電性ポリマーの合成
【００８７】
図４Ｅの反応スキーム４３０を参照のこと。ピロール約０．０１モル、２−ブロモアントラセン０．０１１モルおよび１，８−ビス（ジメチルアミノ）ナフタレン約０．００１モルは、ＴＨＦ約１００ミリリットルに溶解され、還流まで加熱できる。ピロールのＮ−アントラセン−２−イル−ピロールへの変換は、ガスクロマトグラフィー質量分析によって監視できる。反応が完了まで進んだら、混合物はｐＨ７緩衝水溶液で洗浄することができ、有機層を分離、脱水できる。固体残留物はシリカゲルカラムで精製されて、Ｎ−アントラセン−２−イル−ピロールを得ることができる。精製したＮ−アントラセン−２−イル−ピロールは、テトラブチルアンモニウムペルクロレート電解質中で約０．１Ｍであり得る、乾燥アセトニトリル約２５ミリリットルに溶解できる。適切な電極を添加することができ、サイクリックボルタモグラムを行って、約１から２ボルトの間の適切な電気重合電位を決定できる。次に溶液は、約０．０１モルの電荷が通過するまで、決定された電位を印加できる。生じたポリマー膜は、アノードから除去して直接使用できる。代替的に、膜はソックスレー装置内で還流ＴＨＦによって抽出できる。ＴＨＦ溶液は、ポリ（（Ｎ−アントラセン−２−イル）−ピロール）を含有し、スピンコーティング、浸漬コーティングなどに使用できる。ポリ（（Ｎ−アントラセン−２−イル）−ピロール）を含有するＴＨＦ溶液はまた、金属ナトリウム約０．０１モルと共に、少なくともナトリウムが一部溶解するまで撹拌および超音波処理できる。結果として、ポリ（（Ｎ−アントラセン−２−イル）−ピロール）のポリラジカルアニオンを含むことができる。
【実施例１２】
【００８８】
ポリアニリンをアリール化することによるＮ結合多環式芳香族炭化水素置換基を有するポリアニリン導電性ポリマーの合成
【００８９】
図４Ｅの反応スキーム４３２を参照のこと。ポリアニリン溶液は、無水テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）中に、無水ＴＨＦ約５０ミリリットル中約０．００５ｍｏｌの濃度でアニリン反復単位を溶解することによって形成できる。ポリアニリン−ＴＨＦ溶液は、９−ブロモアントラセン約０．００５ｍｏｌを含有する無水ＴＨＦ溶液約５０ミリリットルと合せて、反応を補助するために約２０分間超音波処理できる。ＴＨＦ溶液は、ポリ（（Ｎ−アントラセン−９−イル）−アニリン）を含有し、スピンコーティング、浸漬コーティングなどに使用できる。ポリ（（Ｎ−アントラセン−９−イル）−アニリン）を含有するＴＨＦ溶液はまた、金属ナトリウム約０．０１モルと共に、少なくともナトリウムが一部溶解するまで撹拌および超音波処理できる。結果として、ポリ（（Ｎ−アントラセン−９−イル）−アニリン）のポリラジカルアニオンを含むことができる。
【実施例１３】
【００９０】
共有結合多環式芳香族炭化水素置換基を有するレジオレギュラーポリチオフェンビニレンの合成
【００９１】
図４Ｅの反応スキーム４３４を参照のこと。３−ナフタ−２−イル−２，５−ジブロモチオフェン０．０１モルの溶液（実施例１０に記載したように調製）は、無水ＴＨＦ約１０ミリリットルで調製され、不活性雰囲気下でドライアイス／アセトン浴を使用して冷却できる。ヘキサン中ｎ−ブチルリチウム約０．０２１モルが添加されて、混合物を約３０分撹拌できる。次に１−ホルミルピペリジン約０．０２１モルを添加することができ、混合物が撹拌されて、約１２時間にわたって室温まで温度上昇させることができる。反応混合物は塩化アンモニウム水溶液によって洗浄することができ、有機層は脱水および蒸発されて、残留物が形成できる。残留物はシリカゲルクロマトグラフィーによって精製され、３−（ナフタレン−２−イル）チオフェン−２，５−ジカルボアルデヒドを得ることができる。
【００９２】
水素化アルミニウムリチウム約０．０２２モルは、無水ＴＨＦ約５０ミリリットル中に撹拌され、不活性雰囲気下でスラリが生成され、氷浴中で冷却できる。３−（ナフタ−２−イル）−２，５−ジホルミルチオフェン約０．０１モルは、無水ＴＨＦ約１０ミリリットルに溶解され、撹拌しながらスラリに添加できる。反応物は撹拌され、室温まで温度上昇されて、次に約２時間にわたって還流させることができる。反応混合物は冷却され、水約５０ミリリットルで慎重に反応停止され、約０．１Ｍ水酸化ナトリウムで洗浄できる。有機層は脱水することができ、溶媒が除去されて、残留物が残り得る。残留物はシリカゲルクロマトグラフィーによって精製され、（３−（ナフタレン−２−イル）チオフェン−２，５−ジイル）ジメタノールを得ることができる。
【００９３】
（３−（ナフタレン−２−イル）チオフェン−２，５−ジイル）ジメタノール約０．０１モルは、無水ＴＨＦに撹拌しながら不活性雰囲気下で溶解され、氷浴中で冷却できる。トルエン中のチオニルクロリド約０．０２４モルを添加することができ、反応物は撹拌され、室温まで温度上昇させることができる。約２時間後、半飽和ナトリウムカーボネート溶液約１００ミリリットルを添加することにより、反応物を慎重に反応停止させることができる。反応混合物は水で洗浄することができ、有機層は脱水することができ、溶媒は除去されて残留物が残り得る。残留物はシリカゲルクロマトグラフィーによって精製され、２，５−ビス（クロロメチル）−３−（ナフタレン−２−イル）チオフェンを得ることができる。
【００９４】
２，５−ビス（クロロメチル）−３−（ナフタレン−２−イル）チオフェン約０．０１モルは、エタノール約１０ミリリットルに撹拌しながら溶解できる。ナトリウムジエチルジチオカルバメート３水和物約０．０３１モルを添加することができ、反応物は周囲温度にて２時間にわたって撹拌できる。反応混合物はジエチルエーテルによって抽出され得て、合せたエーテル抽出物は脱水および蒸発されて、残留物を形成できる。残留物はシリカゲルクロマトグラフィーによって精製され、３−（ナフタレン−２−イル）チオフェン−２，５−ジイルビスメチレンＮ，Ｎ−ジエチルジチオカルバメートを得ることができる。
【００９５】
乾燥３−（ナフタレン−２−イル）チオフェン−２，５−ジイルビスメチレンＮ，Ｎ−ジエチルジチオカルバメート約０．０１モルの溶液は、不活性雰囲気下にて無水ＴＨＦ約５０ミリリットルで調製され、ドライアイス／アセトン浴で冷却できる。リチウムジイソプロピルアミド（ＴＨＦ／ｎ−ヘキサン中２Ｍ溶液として約０．０２２モル）を添加することができ、反応は撹拌され、約２時間にわたって約０℃まで温度上昇させることができる。エタノール約２５ミリリットルをゆっくり添加して、反応物を反応停止させることができる。生じた混合物は氷水に注入することができ、水層は希塩酸で中和できる。生じた混合物はクロロホルムで抽出できる。合せたクロロホルム画分は合せられ、減圧下で蒸発されて、残留物が残り得る。残留物をＴＨＦに溶解して、冷メタノールを添加することによって沈殿させる。沈殿する非共役Ｎ，Ｎ−ジエチルジチオカルバメート置換ポリマー（図４Ｅの反応スキーム４３４を参照）を乾燥させて、次のステップのために保存できる。
【００９６】
前のステップからの非共役Ｎ，Ｎ−ジエチルジチオカルバメート置換ポリマー約１ミリグラム（図４Ｅの反応スキーム４３４も参照のこと）は、ジクロロベンゼン約５０ミリリットルに溶解することができ、約３時間にわたって撹拌しながら還流できる。反応混合物は室温まで冷却することができ、スラリを形成できるまで、ある量のジクロロベンゼンが蒸発させることができる。スラリをヘキサンと合せて、ポリマーを沈殿させることができる。沈殿物を脱水して、ポリ（（３−（ナフタレン−２−イル）チオフェンビニレン）を得ることができる。
【００９７】
ポリ（（３−（ナフタレン−２−イル）チオフェンビニレン）はＴＨＦまたは別の溶媒に溶解することができ、スピンコーティング、浸漬コーティングなどに使用できる。ポリ（（３−（ナフタレン−２−イル）チオフェンビニレン）溶液はまた、金属ナトリウム約０．０１モルと共に、少なくともナトリウムが一部溶解するまで撹拌および超音波処理できる。結果として、ポリ（（３−（ナフタレン−２−イル）チオフェンビニレン）がポリラジカルアニオンを含むことができる。
【００９８】
図８は、本明細書に記載する少なくともいくつかの実施形態に従って構成された、電気化学セルの例の作製において、図７の自動機械７００または同様の製造装置を制御するために使用できる汎用コンピュータ装置を示す。基本構成８０２において、コンピュータ装置８００は通例、１個以上のプロセッサおよびシステムメモリ８０６を含むことができる。プロセッサ８０４とシステムメモリ８０６との通信には、メモリバス８０８を使用できる。
【００９９】
所望の構成に応じて、プロセッサ８０４は、マイクロプロセッサ（μＰ）、マイクロコントローラ（μＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）またはそれの任意の組合せを含む任意の種類であり得るが、それに限定されない。プロセッサ８０４は、１以上のキャッシングレベル、たとえばレベル・キャッシュ・メモリ８１２、プロセッサコア８１４およびレジスタ８１６を含むことができる。プロセッサコア８１４の例としては、演算論理ユニット（ＡＬＵ）、浮動小数点ユニット（ＦＰＵ）、デジタル信号処理コア（ＤＳＰコア）またはそれの任意の組合せを挙げることができる。メモリコントローラの例８１８はまた、プロセッサ８０４と共に使用できるか、またはいくつかの実施においては、メモリコントローラ８１５はプロセッサ８０４の内蔵部品であり得る。
【０１００】
所望の構成に応じて、システムメモリ８０６は、揮発性メモリ（たとえばＲＡＭ）、非揮発性メモリ（たとえばＲＯＭ、フラッシュメモリなど）またはそれの任意の組合せを含む任意の種類であり得るが、それに限定されない。システムメモリ８０６は、オペレーティングシステム８２０、１つ以上の製造制御アプリケーション８２２およびプログラムデータ８２４を含むことができる。製造制御アプリケーション８２２は、図７の自動機械７００ならびに上で論じたその他のプロセス、方法および機能を制御するように構成できる制御モジュール８２６を含むことができる。プログラムデータ８２４は、他のデータの中でも、自動機械７００の多様な側面を制御するための材料データ８２８を含むことができる。説明したこの基本構成８０２を、内側の点線内のこれらの構成要素により図８に示す。
【０１０１】
コンピュータ装置８００は、基本構成８０２と任意の必要な装置およびインタフェースとの通信を容易にするための、追加の特徴または機能ならびに追加のインタフェースを有することができる。たとえば、バス／インタフェースコントローラ８３０は、基本構成８０２と１個以上のデータ記憶装置８３２との記憶インタフェースバス８３４を通じた通信を容易にするために使用できる。データ記憶装置８３２は、リムーバブル記憶装置８３６、非リムーバブル記憶装置８３８またはその組合せであり得る。リムーバブル記憶装置および非リムーバブル記憶装置の例としては、いくつか例を挙げると、磁気ディスク装置、たとえばフレキシブル・ディスク・ドライブおよびハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ）、光ディスクドライブ、たとえばコンパクトディスク（ＣＤ）ドライブまたはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）ドライブ、ソリッド・ステート・ドライブ（ＳＳＤ）およびテープドライブを挙げることができる。コンピュータ記憶媒体の例としては、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュールまたはその他のデータなどの情報を記憶するための任意の方法または技術で実施される揮発性および非揮発性、リムーバブルおよび非リムーバブル媒体を挙げることができる。
【０１０２】
システムメモリ８０６、リムーバブル記憶装置８３６および非リムーバブル記憶装置８３８は、コンピュータ記憶媒体の例であり得る。コンピュータ記憶媒体としては、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリもしくは他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）もしくは他の光記憶、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶もしくは他の磁気記憶装置、または所望の情報を記憶するために使用され得て、コンピュータ装置８００によってアクセスできる、その他の媒体を挙げることができるが、それに限定されない。いずれのこのようなコンピュータ記憶媒体も、コンピュータ装置８００に一部であり得る。
【０１０３】
コンピュータ装置８００はまた、多様なインタフェース装置（たとえば出力装置８４２、周辺インタフェース８４４および通信装置８６６から基本構成８０２までのバス／インタフェースコントローラ８３０を介した通信を容易にするためのインタフェースバス８４０も含むことができる。出力装置８４２の例は、多様な外部装置、たとえばディスプレイまたはスピーカーに１個以上のＡ／Ｖポート８５２を介して通信するように設定できる、グラフィック処理ユニット８４８およびオーディオ処理ユニット８５０を含む。周辺インタフェースの例５４４は、外部装置、たとえば入力装置（たとえばキーボード、マウス、ペン、音声入力装置、タッチ入力装置など）または他の周辺装置（たとえばプリンタ、スキャナなど）と１個以上のＩ／Ｏポート８５８を介して通信するように設定できる、シリアル・インタフェース・コントローラ８５４またはパラレル・インタフェース・コントローラ８５６を含む。通信装置の例８６６は、１台以上の他のコンピュータ装置８６２とのネットワーク通信リンク上で１個以上の通信ポート８６４を介しての通信を容易にするように構成できる、ネットワークコントローラ８６０を含むことができる。
【０１０４】
ネットワーク通信リンクは、通信媒体の一例であり得る。通信媒体は通例、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュールまたは変調データ信号、たとえば搬送波もしくは他の伝送機構における他のデータによって具現化でき、任意の情報送達媒体を含むことができる。「変調データ信号」は、信号中の情報を暗号化するような方式で設定または変更された１つ以上の特徴を有する信号であり得る。一例であり、限定されないが、通信媒体は、有線媒体、たとえば有線ネットワークまたは直接有線接続および無線媒体、たとえば音響、無線（ＲＦ）、マイクロ波、赤外線（ＩＲ）ならびに他の無線媒体を含むことができる。コンピュータ可読媒体という用語は、本明細書で使用する場合、記憶媒体と通信媒体の両方を含むことができる。
【０１０５】
コンピュータ装置８００は、上の機能のいずれかを含む物理サーバ、仮想サーバ、コンピューティングクラウドまたはハイブリッド装置の一部として実施できる。コンピュータ装置８００は、ラップトップコンピュータおよび非ラップトップコンピュータ構成の両方を含むパーソナルコンピュータとしても実施できる。さらに、コンピュータ装置８００は、ネットワーク化システムとして、または汎用もしくは特殊サーバの部分として実施できる。
【０１０６】
コンピュータ装置８００を含むネットワーク化システムのネットワークは、サーバ、クライアント、スイッチ、ルータ、モデム、インターネット・サービス・プロバイダの任意のトポロジー、および任意の適切な通信媒体（たとえば有線または無線通信）を含むことができる。実施形態によるシステムは、静的または動的ネットワークトポロジーを有し得る。ネットワークとしては、セキュアネットワーク、たとえば企業ネットワーク（たとえばＬＡＮ、ＷＡＮまたはＷＬＡＮ）、非セキュアネットワーク、たとえば無線オープンネットワーク（たとえばＩＥＥＥ８０２．１１無線ネットワーク）またはワールド・ワイド・ネットワーク（たとえばインターネット）を挙げることができる。ネットワークは、共に動作するのに適し得る、複数の別個のネットワークも含むことができる。このようなネットワークは、本明細書に記載するノード間の通信を提供するように構成できる。一例として、限定されないが、これらのネットワークは、無線媒体、たとえば音響、ＲＦ、赤外線および他の無線媒体を含むことができる。さらにネットワークは、同じネットワークの一部または別のネットワークであり得る。
【０１０７】
図９は、明細書に記載する少なくともいくつかの実施形態に従って構成された、電気化学セルの例の作製において、図７の自動機械または同様の製造装置を制御するために使用できるコンピュータプログラム製品の例のブロック図を示す。いくつかの例において、図９に示すように、コンピュータプログラム製品９００は、たとえばプロセッサによって実行される場合に、図６から図８に関して上述した機能を提供できる機械可読命令９０４も含むことができる、信号搬送媒体９０２を含むことができる。たとえばプロセッサ７９０を参照すると、図９に示す１つ以上のタスクが、本明細書に記載した電気化学セルの例の作製に関連する操作を実施するために、媒体９０２によってプロセッサ７９０に伝達される命令９０４に応答して実行できる。これらの命令のいくつかは、たとえば第１および第２の導電性ポリマーから第１および第２の電極を形成するための１つ以上の命令を含むことができ、第１の導電性ポリマーは、多環式芳香族炭化水素を含むことができるか、または多環式芳香族炭化水素と接触できる。金属を多環式芳香族炭化水素に接触させるための１つ以上の命令も含むことができる。電解質を第１および第２の導電性ポリマー、第１および第２の電極、多環式芳香族炭化水素および／または多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンならびに金属および／または金属カチオンに接触させるための１つ以上の命令もさらに含むことができる。多環式芳香族炭化水素を多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンに還元するためのおよび／または金属を金属カチオンに酸化するための１つ以上の命令も含むことができる。
【０１０８】
いくつかの実施において、図９に示した信号搬送媒体９０２は、コンピュータ可読媒体９０６、たとえばハード・ディスク・ドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、デジタルテープ、メモリなどを含むことができるが、それに限定されない。いくつかの実施において、信号搬送媒体９０２は、記録可能な媒体９０８、たとえばメモリ、読み取り／書き込み（Ｒ／Ｗ）ＣＤ、Ｒ／ＷＤＶＤなどを含むことができるが、それに限定されない。いくつかの実施において、信号搬送媒体９０２は、通信媒体９１０、たとえばデジタルおよび／またはアナログ通信媒体（たとえば光ファイバーケーブル、導波管、有線通信リンク、無線通信リンクなど）を含むことができるが、それに限定されない。たとえば、コンピュータプログラム製品９００は、ＲＦ信号搬送媒体９０２によってプロセッサ９０４に伝送することができ、そこで信号搬送媒体９０２は、無線通信媒体９１０（たとえばＩＥＥＥ８０２．１１規格に従う無線通信媒体）によって伝送できる。実施形態は、パーソナルコンピュータでオペレーティングシステムを動作させるアプリケーションプログラムと併せて実行するプログラムモジュールの一般的な状況で説明するが、当業者は、態様が他のプログラムモジュールと組合せても実施できることを認識するであろう。
【０１０９】
一般に、プログラムモジュールはルーチン、プログラム、プログラム、コンポーネント、データ構造および特定のタスクを行うまたは特定の抽象データタイプを実施する他の種類の構造を含む。さらに当業者は、実施形態が携帯型装置、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースのまたはプログラマブル家庭用電化製品、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータおよび類似のコンピュータ装置を含む他のコンピュータシステム構成によって実行できることを認識するであろう。実施形態は、通信ネットワークを介してリンクできるリモート処理装置によってタスクを行うことができる分散コンピューティング環境においても実行できる。分散コンピューティング環境において、プログラムモジュールは、ローカルおよびリモートメモリ記憶装置の両方に位置できる。
【０１１０】
実施形態は、コンピュータ実施プロセス（方法）、コンピューティングシステムとして、または製造品、たとえばコンピュータプログラム製品もしくはコンピュータ可読媒体として実施できる。コンピュータプログラム製品は、コンピュータシステムによって読み取り可能であり、コンピュータまたはコンピューティングシステムにプロセスの例を実行させるための命令を含むコンピュータプログラムを暗号化し得る、コンピュータ記憶媒体であり得る。コンピュータ可読記憶媒体はたとえば、揮発性コンピュータメモリ、非揮発性メモリ、ハードドライブ、フラッシュドライブ、フロッピーディスクまたはコンパクトディスクおよび類似の媒体の１つ以上を介して実施できる。
【０１１１】
本明細書を通じて、「プラットフォーム」という用語は、多種多様の目的でソフトウェア／ハードウェア製品およびサービスの構成を容易にできる構成環境を提供するための、ソフトウェアおよびハードウェアコンポーネントの組合せであり得る。プラットフォームの例としては、複数のサーバ上で実行されるホスティングサービス、単一のコンピューティングデバイスで実行されるアプリケーションおよび類似のシステムを挙げることができるが、それに限定されない。「サーバ」という用語は概して、通例、ネットワーク環境で１つ以上のソフトウェアプログラムを実行するコンピューティングデバイスを指す。しかし、サーバは、ネットワーク上でサーバと見なされる１台以上のコンピューティングデバイスで実行される仮想サーバ（ソフトウェアプログラム）としても実施できる。これらの技術および運用の例に関するより詳細な事項は、以下で提供する。
【０１１２】
多様な例において、電気化学セルの例は、以下の１つ以上を含むことができる。電気化学セルは、第１の導電性ポリマーを含むことができる第１の電極を含むことができる。電気化学セルは、第１の導電性ポリマーと接触するのに適した少なくとも１つの多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンを含むことができる。電気化学セルは、第２の導電性ポリマーを含むことができる第２の電極も含むことができる。電気化学セルは、カチオンをさらに含むことができる。電気化学セルは、第１および第２の導電性ポリマー、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンならびにカチオンを導電結合するのに適した電解質も含むことができる。
【０１１３】
多様な例において、電池は１個以上の電気化学セルの例を含むことができる。多様な例において、電池の例における各電気化学セルの例は、以下の１つ以上を含むことができる。たとえば電池は、第１の導電性ポリマーを含むことができる第１の電極を含むことができる。電池は、第１の導電性ポリマーと接触する少なくとも１つの多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンも含むことができる。電池は、第２の導電性ポリマーを含むことができる第２の電極をさらに含むことができる。電池はカチオンも含むことができる。電池は、第１および第２の導電性ポリマー、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンならびにカチオンを導電結合する電解質をさらに含むことができる。
【０１１４】
多様な例において、電気化学セルの例、たとえば電池の例における電気化学セルの少なくとも２個を並列に電気結合できる。多様な例において、電気化学セルの例、たとえば電池の例における電気化学セルの少なくとも２個を直列に電気結合できる。
【０１１５】
電気化学セルの例の多様な例において、カチオンは、アルカリ金属カチオン、アルカリ土類金属カチオンまたはその混合物であり得る。いくつかの例において、カチオンはＮａ＋であり得る。
【０１１６】
電気化学セルの例の多様な例において、第１の導電性ポリマーはホモポリマー、ブロックコポリマー、ランダムコポリマーまたはグラフトコポリマーであり得る。いくつかの例において、第１の導電性ポリマーとしては、ポリアセチレン、ポリアリーレン、ポリヘテロアリーレン、ポリビニルアリーレン、ポリビニルヘテロアリーレン、ポリアリーレンビニレン、ポリヘテロアリーレンビニレン、ポリアリーレンエチニレン、ポリヘテロアリーレンエチニレンまたはその組合せを挙げることができる。いくつかの例において、第１の導電性ポリマーは、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンによって置換できる。いくつかの例において、第１の導電性ポリマーとしては：ポリアセチレン、ポリ（フェニレンビニレン）、ポリ（フルオレン）、ポリピレン、ポリアズレン、ポリナフタレン、ポリ（ピロール）、ポリインドール、ポリアゼピン、ポリアニリン、ポリピリジン、ポリ（チオフェン）、ポリ（チオフェンビニレン）、ポリ（フェニレンスルフィド）またはその組合せを挙げることができる。いくつかの例において、第１の導電性ポリマーは、式：
【化１】
0005870194.tif 000002
を有する反復単位またはその組合せ含むことができ、式中、−Ｒ・−は、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンを表す。
【０１１７】
電気化学セルの例の多様な例において、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンとしては、ナフタレンラジカルアニオン、アントラセンラジカルアニオンまたはその組合せを挙げることができる。第２の導電性ポリマーがポリカルバゾールであり得る多様な例において、カチオンはＮａ＋であり得て、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンはナフタレンラジカルアニオンまたはアントラセンラジカルアニオンであり得る。
【０１１８】
電気化学セルの例の多様な例において、第２の導電性ポリマーとしては、ポリアセチレン、ポリアリーレン、ポリアリーレンビニレン、ポリアリーレンエチニレンまたはその組合せを挙げることができる。いくつかの例において、第２の導電性ポリマーとしては、ポリ−パラ−フェニレン、ポリ−パラ−フェニレンビニレン、ポリ−パラ−フェニレンエチニレン、ポリアセチレンまたはその組合せを挙げることができる。
【０１１９】
電気化学セルの例の多様な例において、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンとしては、ナフタレン、アセナフタレン、アセナフチレン、アセフェナントリレン、アセアントリレン、アントラセン、フェナントレン、フルオレン、ビフェニレン、フルオランテン、トリフェニレン、クリセン、テトラセン、ペリレン、テトラフェニレン、テトラフェン、ピセン、ペンタフェン、ベンゾ［ａ］ピレン、ベンゾ［ｅ］ピレン、ベンゾ［ｇｈｉ］ペリレン、コロネンもしくはルビセンまたはその誘導体のラジカルアニオンを挙げることができる。
【０１２０】
電気化学セルの例の多様な例において、電解質としては、ポリオキシアルキレン、ポリオキシアルキレンアルコール、アルキルエーテル、シクロアルキルエーテル、アルキレンカーボネート、シクロアルキレンカーボネート、アルカノン、シクロアルカノン、ラクトンまたはその組合せを挙げることができる。いくつかの例において、電解質としては、フルオリド、クロリド、ブロミド、ヨージド、カルボキシレート、トリフルオロメタンスルホネート、ビストリフルオロメタンスルホンイミデート、フルオロサルフェート、ヘキサフルオロホスフェート、ペルクロレート、テトラフルオロボレート、ｐ−トルエンスルホネートおよびニトレートから成る群より選択される１つ以上のアニオンを挙げることができる。
【０１２１】
電気化学セルの例の多様な例において、電解質としては、第１の導電性ポリマーを第２の導電性ポリマーから分離するアイオノマー（ｉｏｎｍｅｒ）の塩を挙げることができる。いくつかの例において、アイオノマーとしては、ポリテトラフルオロエチレン：ペルフルオロスルホン酸コポリマーを挙げることができる。
【０１２２】
電気化学セルの例の多様な例において、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンは、第１の導電性ポリマーと非共有結合的に接触させることができる。
【０１２３】
多様な例において、電気化学セルを作製する方法の例は、以下のステップの１つ以上を含むことができる。たとえば、方法は、第１の導電性ポリマーから第１の電極を形成することを含むことができる。方法は、第１の導電性ポリマーを多環式芳香族炭化水素に接触させることも含むことができる。方法は、第２の導電性ポリマーから第２の電極を形成することも含むことができる。方法は、多環式芳香族炭化水素を金属と接触させることをさらに含むことができる。方法は、電解質を第１および第２の導電性ポリマー、多環式芳香族炭化水素ならびに金属に導電結合することも含むことができる。方法は、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンを形成するために多環式芳香族炭化水素を還元し、金属カチオンを形成するために金属を酸化することをさらに含むことができる。
【０１２４】
多様な例において、方法の例は、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンおよび金属カチオンを形成するために、多環式芳香族炭化水素を金属と化学的に反応させることを含むことができる。
【０１２５】
多様な例において、方法の例は、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンおよび金属カチオンを形成するために、電流を第１および第２の電極に印加して、多環式芳香族炭化水素を金属と電気化学的に反応させるステップを含むことができる。
【０１２６】
多様な例において、方法の例は、第１の金属箔において第１の導電性ポリマーの層を形成することによって、第１の電極を形成することを含むことができる。
【０１２７】
多様な例において、方法は、第２の金属箔において第２の導電性ポリマーの層を形成することによって、第２の電極を形成することを含むことができる。
【０１２８】
多様な例において、方法の例は、第２の導電性ポリマーから第１の導電性ポリマーをアイオノマーによって分離すること含むことができ、電解質はアイオノマー（ｉｏｎｍｅｒ）の塩を含むことができる。
【０１２９】
方法の例の多様な例において、カチオンは、アルカリ金属カチオン、アルカリ土類金属カチオンまたはその混合物であり得る。いくつかの例において、カチオンはＮａ＋であり得る。
【０１３０】
方法の例の多様な例において、第１の導電性ポリマーはホモポリマー、ブロックコポリマー、ランダムコポリマーまたはグラフトコポリマーであり得る。いくつかの例において、第１の導電性ポリマーとしては、ポリアセチレン、ポリアリーレン、ポリヘテロアリーレン、ポリビニルアリーレン、ポリビニルヘテロアリーレン、ポリアリーレンビニレン、ポリヘテロアリーレンビニレン、ポリアリーレンエチニレン、ポリヘテロアリーレンエチニレンまたはその組合せを挙げることができる。いくつかの例において、第１の導電性ポリマーは、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンによって置換できる。いくつかの例において、第１の導電性ポリマーとしては：ポリアセチレン、ポリ（フェニレンビニレン）、ポリ（フルオレン）、ポリピレン、ポリアズレン、ポリナフタレン、ポリ（ピロール）、ポリインドール、ポリアゼピン、ポリアニリン、ポリピリジン、ポリ（チオフェン）、ポリ（チオフェンビニレン）、ポリ（フェニレンスルフィド）またはその組合せを挙げることができる。いくつかの例において、第１の導電性ポリマーは、式：
【化１】
0005870194.tif 000003
を有する反復単位またはその組合せを含むことができ、式中、−Ｒ・−は多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンを表す。
【０１３１】
方法の例の多様な例において、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンとしては、ナフタレンラジカルアニオン、アントラセンラジカルアニオンまたはその組合せを挙げることができる。第２の導電性ポリマーがポリカルバゾールであり得る多様な例において、カチオンはＮａ＋であり得て、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンはナフタレンラジカルアニオンまたはアントラセンラジカルアニオンであり得る。
【０１３２】
方法の例の多様な例において、第２の導電性ポリマーとしては、ポリアセチレン、ポリアリーレン、ポリアリーレンビニレン、ポリアリーレンエチニレンまたはその組合せを挙げることができる。いくつかの例において、第２の導電性ポリマーとしては、ポリ−パラ−フェニレン、ポリ−パラ−フェニレンビニレン、ポリ−パラ−フェニレンエチニレン、ポリアセチレンまたはその組合せを挙げることができる。
【０１３３】
方法の例の多様な例において、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンとしては、ナフタレン、アセナフタレン、アセナフチレン、アセフェナントリレン、アセアントリレン、アントラセン、フェナントレン、フルオレン、ビフェニレン、フルオランテン、トリフェニレン、クリセン、テトラセン、ペリレン、テトラフェニレン、テトラフェン、ピセン、ペンタフェン、ベンゾ［ａ］ピレン、ベンゾ［ｅ］ピレン、ベンゾ［ｇｈｉ］ペリレン、コロネンもしくはルビセンまたはその誘導体のラジカルアニオンを挙げることができる。
【０１３４】
方法の例の多様な例において、電解質としては、ポリオキシアルキレン、ポリオキシアルキレンアルコール、アルキルエーテル、シクロアルキルエーテル、アルキレンカーボネート、シクロアルキレンカーボネート、アルカノン、シクロアルカノン、ラクトンまたはその組合せを挙げることができる。いくつかの例において、電解質としては、フルオリド、クロリド、ブロミド、ヨージド、カルボキシレート、トリフルオロメタンスルホネート、ビストリフルオロメタンスルホンイミデート、フルオロサルフェート、ヘキサフルオロホスフェート、ペルクロレート、テトラフルオロボレート、ｐ−トルエンスルホネートおよびニトレートから成る群より選択される１つ以上のアニオンを挙げることができる。
【０１３５】
方法の例の多様な例において、電解質としては、第１の導電性ポリマーを第２の導電性ポリマーから分離するアイオノマー（ｉｏｎｍｅｒ）の塩を挙げることができる。いくつかの例において、アイオノマーとしては、ポリテトラフルオロエチレン：ペルフルオロスルホン酸コポリマーを挙げることができる。
【０１３６】
方法の例の多様な例において、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンは、第１の導電性ポリマーと非共有結合的に接触させることができる。
【０１３７】
多様な例において、コンピュータ−可読記憶媒体は、たとえば電気化学セルを作製するための本明細書に記載する方法の例の１つ以上のステップのための、可読媒体に記憶された１つ以上の命令を含むことができる。命令はたとえば、第１の導電性ポリマーであって、多環式芳香族炭化水素を含む第１の導電性ポリマーから第１の電極を形成することを含むことができる。命令は、第２の導電性ポリマーから第２の電極を形成することも含むことができる。命令は、多環式芳香族炭化水素を金属と接触させることをさらに含むことができる。命令は、電解質を第１および第２の導電性ポリマー、多環式芳香族炭化水素ならびに金属に導電結合することも含むことができる。命令は、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオンを形成するために多環式芳香族炭化水素を還元することをさらに含むことができる。命令は、金属カチオンを形成するために金属を酸化することも含むことができる。
【０１３８】
多様な例において、コンピュータ−可読記憶媒体は、媒体上に記憶された、第１の電気化学セルを第２の電気化学セルに電気結合するための命令を含むことができ、第１および第２の電気化学セルは並列または直列に結合できる。
【０１３９】
「ａ」および「ａｎ」という用語は、本明細書で使用する場合、単数形が明示的に示されていない限り、「１つ以上」を意味する。たとえば、「ａ  ｂａｓｅ（１つの塩基）」ということは、２つ以上の塩基の混合物ならびに１つの塩基も含むことができる。
【０１４０】
本明細書で使用する場合、「約」は、当業者によって理解され、これが使用される状況に応じてある程度まで変化するであろう。当業者にとって明らかでないこの用語の使用がある場合、これが使用されている状況を考慮すると、「約」は、特定の用語の最大で±１０％を意味するであろう。
【０１４１】
本明細書で使用する場合「必須ではない（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」または「場合により（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」という用語は、次に説明された事情が起こってもまたは起こらなくてもよいこと、ならびに説明が事情の起こる例および事情の起こらない例を含むことを意味する。
【０１４２】
本明細書で使用する場合、「置換された」は、有機基であって、それに含まれる水素原子への１個以上の結合が非水素または非炭素原子への結合により置き換えられる、下で定義するような有機基（たとえばアルキル基）を指す。置換基は、（複数の）炭素または（複数の）水素原子への１個以上の結合が、ヘテロ原子への二重または三重結合を含む１個以上の結合によって置き換えられる基も含む。置換基は、別途規定しない限り、１個以上の置換基によって置換できる。いくつかの実施形態において、置換基は、１、２、３、４、５または６個の置換基によって置換できる。置換基の例としては：ハロゲン（すなわちＦ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩ）；ヒドロキシル；アルコキシ、アルケノキシ、アリールオキシ、アラルキルオキシ、ヘテロシクロオキシおよびヘテロシクリルアルコキシ基；カルボニル（オキソ）；カルボキシル；エステル；ウレタン；オキシム；ヒドロキシルアミン；アルコキシアミン；アラルコキシアミン；チオール；スルフィド；スルホキシド；スルホン；スルホニル；スルホンアミド；アミン；Ｎ−オキシド；ヒドラジン；ヒドラジド；ヒドラゾン；アジド；アミド；尿素；アミジン；グアニジン；エナミン；イミド；イソシアネート；イソチオシアネート；シアネート；チオシアネート；イミン；ニトロ基；ニトリル（すなわちＣＮ）；などが挙げられる。
【０１４３】
置換環基、たとえば置換シクロアルキル、アリール、ヘテロシクリルおよびヘテロアリール基としては、水素原子への結合が炭素原子への結合によって置き換えられる環および環系も含むことができる。置換シクロアルキル、アリール、ヘテロシクリルおよびヘテロアリール基も、下で定義するような置換または非置換アルキル、アルケニルおよびアルキニル基によって置換できる。
【０１４４】
アルキル基としては、１から１２個の炭素原子、通例１から１０個の炭素またはいくつかの例において、１から８個の、１から６個のまたは１から４個の炭素原子を有する直鎖または分岐鎖アルキル基が挙げられる。直鎖アルキル基の例としては、メチル、エチル、ｎ−プロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−へプチルおよびｎ−オクチル基などの基が挙げられる。分枝アルキル基の例としては、イソプロピル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ネオペンチル、イソペンチルおよび２，２−ジメチルプロピル基が挙げられるが、それに限定されない。代表的な置換アルキル基は、上に挙げたものなどの置換基によって１回以上置換でき、制限なく、ハロアルキル（たとえばトリフルオロメチル）、ヒドロキシアルキル、チオアルキル、アミノアルキル、アルキルアミノアルキル、ジアルキルアミノアルキル、アルコキシアルキル、カルボキシアルキルなどが挙げられる。
【０１４５】
シクロアルキル基としては、（複数の）環中に３から１２個の、いくつかの実施形態において、３から１０個の、３から８個のまたは３から４個の、５個のまたは６個の炭素原子．炭素原子を有する単環式、２環式または３環式アルキル基が挙げられる。例示的な単環式シクロアルキル基としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチルおよびシクロオクチル基が挙げられるが、それに限定されない。いくつかの実施形態において、シクロアルキル基は３から８個の環員を有するのに対して、他の実施形態において、環炭素原子の数は３から５、３から６または３から７の範囲に及ぶ。２環および３環系としては、架橋シクロアルキル基および縮合環の両方、たとえばビシクロ［２．１．１］ヘキサン、アダマンチル、デカリニルなどが挙げられるが、それに限定されない。置換シクロアルキル基は、上で定義したような非水素および非炭素基によって１回以上置換できる。しかし、置換シクロアルキル基は、上で定義したような直鎖または分枝鎖アルキル基によって置換できる環も含む。代表的な置換シクロアルキル基は、１置換できるか、またはたとえば上で挙げたもののような置換基によって置換できる、２，２−、２，３−、２，４−、２，５−または２，６−２置換シクロヘキシル基などのように２回以上置換できるが、それに限定されない。
【０１４６】
アリール基は、ヘテロ原子を含有しない環式芳香族炭化水素であり得る。本明細書ではアリール基としては、単環系、２環系および３環系が挙げられる。アリール基としては、フェニル、アズレニル、ヘプタレニル、ビフェニル、フルオレニル、フェナントレニル、アントラセニル、インデニル、インダニル、ペンタレニルおよびナフチル基が挙げられるが、それに限定されない。いくつかの実施形態において、アリール基は、基の環部分に６から１４個の炭素を、他では６から１２個の、または６から１０個の炭素原子さえ含有する。いくつかの実施形態において、アリール基はフェニルまたはナフチルであり得る。「アリール基」という句は、縮合環を含有する基、たとえば縮合芳香族−脂環系（たとえばインダニル、テトラヒドロナフチルなど）含むことができるが、「アリール基」は、環員の１つに結合した他の基、たとえばアルキルまたはハロ基を有するアリール基を含まない。むしろトリルなどの基は、置換アリール基と呼ぶことができる。代表的な置換アリール基は、１置換できるか、または２回以上置換できる。たとえば１置換アリール基としては、上に挙げたものなどの置換基によって置換できる、２−、３−、４−、５−または６置換フェニルまたはナフチル基が挙げられるが、それに限定されない。
【０１４７】
アラルキル基は、アルキル基の水素または炭素結合が上で定義したようなアリール基への結合によって置き換えられ得る、上で定義したようなアルキル基であり得る。いくつかの実施形態において、アラルキル基は、７から１６個の炭素原子を、７から１４個の炭素原子を、または７から１０個の炭素原子を含有する。置換アラルキル基は、基のアルキル部分、アリール部分またはアルキル部分とアリール部分の両方にて置換できる。代表的なアラルキル基としては、ベンジルおよびフェネチル基および縮合（シクロアルキルアリール）アルキル基、たとえば４−インダニルエチルが挙げられるが、それに限定されない。代表的な置換アラルキル基は、上に挙げたものなどの置換基によって１回以上置換できる。
【０１４８】
ヘテロシクリル基としては、１個以上がヘテロ原子、たとえばＮ、ＯおよびＳであり得るがそれに限定されない、３個以上の環員を含有する芳香族（ヘテロアリールとも呼ばれる）および非芳香族環化合物が挙げられる。いくつかの実施形態において、ヘテロシクリル基は、１、２、３または４個のヘテロ原子を含有する。いくつかの実施形態において、ヘテロシクリル基としては、３から１６個の環員を有する単環、２環および３環が挙げられるのに対して、他のこのような基は、３から６個の、３から１０個の、３から１２個の、または３から１４個の環員を有する。ヘテロシクリル基は、芳香族、部分不飽和および飽和環系、たとえばイミダゾリル、イミダゾリニルおよびイミダゾリジニル基を含む。「ヘテロシクリル基」という句は、縮合芳香族および非芳香族基を含むものを含む縮合環種、たとえばベンゾトリアゾリル、２，３−ジヒドロベンゾ［１，４］ジオキシニルおよびベンゾ［１，３］ジオキソリルを含む。該句は、ヘテロ原子を含有する架橋多環式環系、たとえばキヌクリジニルも含むが、それに限定されない。しかし、該句は、環員の１個に結合された他の基、たとえばアルキル、オキソまたはハロ基を有するヘテロシクリル基を含まない。むしろ、これらは「置換ヘテロシクリル基」と呼ぶことができる。ヘテロシクリル基としては、アジリジニル、アゼチジニル、ピロリジニル、イミダゾリジニル、ピラゾリジニル、チアゾリジニル、テトラヒドロチオフェニル、テトラヒドロフラニル、ジオキソリル、フラニル、チオフェニル、ピロリル、ピロリニル、イミダゾリル、イミダゾリニル、ピラゾリル、ピラゾリニル、トリアゾリル、テトラゾリル、オキサゾリル、イソキサゾリル、チアゾリル、チアゾリニル、イソチアゾリル、チアジアゾリル、オキサジアゾリル、ピペリジル、ピペラジニル、モルホリニル、チオモルホリニル、テトラヒドロピラニル、テトラヒドロチオピラニル、オキサチアン、ジオキシル、ジチアニル、ピラニル、ピリジル、ピリミジニル、ピリダジニル、ピラジニル、トリアジニル、ジヒドロピリジル、ジヒドロジチエニル（ｄｉｄｈｙｄｒｏｄｉｔｈｉｉｎｙｌ）、ジヒドロジチオニル、ホモピペラジニル、キヌクリジル、インドリル、インドリニル、イソインドリル、アザインドリル（ピロロピリジル）、インダゾリル、インドリジニル、ベンゾトリアゾリル、ベンゾイミダゾリル、ベンゾフラニル、ベンゾチオフェニル、ベンゾチアゾリル、ベンゾオキサジアゾリル、ベンゾオキサジニル、ベンゾジチエニル（ｂｅｎｚｏｄｉｔｈｉｉｎｙｌ）、ベンゾオキサチイニル、ベンゾチアジニル、ベンゾオキサゾリル、ベンゾチアゾリル、ベンゾチアジアゾリル、ベンゾ［１，３］ジオキソリル、ピラゾロピリジル、イミダゾピリジル（アザベンゾイミダゾリル）、トリアゾロピリジル、イソオキサゾロピリジル、プリニル、キサンチニル、アデニニル、グアニニル、キノリニル、イソキノリニル、キノリジニル、キノキサリニル、キナゾリニル、シンノリニル、フタラジニル、ナフチリジニル、プテリジニル、チアナフチル、ジヒドロベンゾチアジニル、ジヒドロベンゾフラニル、ジヒドロインドリル、ジヒドロベンゾジオキシニル、テトラヒドロインドリル、テトラヒドロインダゾリル、テトラヒドロベンズイミダゾリル、テトラヒドロベンゾトリアゾリル、テトラヒドロピロロピリジル、テトラヒドロピラゾロピリジル、テトラヒドロイミダゾピリジル、テトラヒドロトリアゾロピリジルおよびテトラヒドロキノリニル基が挙げられるが、それに限定されない。代表的な置換ヘテロシクリル基は、１置換または２回以上置換でき、たとえば上に挙げたものなどの多様な置換基によって２位、３位、４位、５位もしくは６位置換または２置換できるピリジルまたはモルホリニル基であり得るが、それに限定されない。
【０１４９】
ヘテロアリール基は、１個以上がヘテロ原子、たとえばＮ、ＯおよびＳであり得るがそれに限定されない、５個以上の環員を含有する芳香族環化合物であり得る。ヘテロアリール基としては、ピロリル、ピラゾリル、トリアゾリル、テトラゾリル、オキサゾリル、イソオキサゾリル、チアゾリル、ピリジニル、ピリダジニル、ピリミジニル、ピラジニル、チオフェニル、ベンゾチオフェニル、フラニル、ベンゾフラニル、インドリル、アザインドリル（ピロロピリジニル）、インダゾリル、ベンゾイミダゾリル、イミダゾピリジニル（アザベンゾイミダゾリル）、ピラゾロピリジニル、トリアゾロピリジニル、ベンゾトリアゾリル、ベンゾオキサゾリル、ベンゾチアゾリル、ベンゾチアジアゾリル、イミダゾピリジニル、イソオキサゾロピリジニル、チアナフチル、プリニル、キサンチニル、アデニニル、グアニニル、キノリニル、イソキノリニル、テトラヒドロキノリニル、キノキサリニルおよびキナゾリニル基などの基が挙げられるが、それに限定されない。ヘテロアリール基としては、すべての環が芳香族であり得る縮合環化合物、たとえばインドリル基が挙げられ、環の１個が芳香族であり得る縮合環化合物、たとえば２，３−ジヒドロインドリル基が挙げられる。「ヘテロアリール基」という句は縮合環化合物を含むが、該句は、環員の１個に結合された他の基、たとえばアルキル基を有するヘテロアリール基は含まない。むしろ、このような置換を有するヘテロアリール基は、「置換ヘテロアリール基」と呼ぶことができる。代表的な置換ヘテロアリール基は、上に挙げたものなどの多様な置換基によって１回以上置換できる。
【０１５０】
ヘテロアラルキル基は、アルキル基の水素または炭素結合が上で定義したようなヘテロアリール基への結合によって置き換えられる、上で定義したようなアルキル基であり得る。置換ヘテロアラルキル基は、基のアルキル部分、ヘテロアリール部分またはアルキル部分とヘテロアリール部分の両方にて置換できる。代表的な置換ヘテロアラルキル基は、上に挙げたものなどの置換基によって１回以上置換できる。
【０１５１】
本明細書で使用する場合、たとえば多環式芳香族炭化水素１０５に相当する多環式芳香族炭化水素は、縮合できる２個以上の芳香族環を含む炭素および水素の化合物であり得る。多環式芳香族炭化水素の例としては、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン、ピセン、クリセン、ペリレン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、オクタセン、ノナセン、デカセン、テトラフェン、ペンタフェン、ヘキサフェン、ヘプタフェン、オクタフェン、ノナフェン、デカフェン、テトラヘリセン、ペンタヘリセン、ヘキサヘリセン、ヘプタヘリセン、オクタヘリセン、ノナヘリセン、デカヘリセン、ビナフチレン（ジベンゾ［ｂ，ｈ］ビフェニレン）、トリナフチレン、テトラナフチレン、ビフェニレン、トリフェニレン、テトラフェニレン、ペンタフェニレン、ヘキサフェニレン、ヘプタフェニレン、オクタフェニレン、ノナフェニレン、デカフェニレン、アセナフタレン、アセナフチレン、フルオレン、フェナレン、フルオランテン、アセフェナントリレン、アセアントリレン、ベンゾ［ｂ］フルオランテン、ベンゾ［ｊ］フルオランテン、ベンゾ［ｋ］フルオランテン、プレイアデン（ｐｌｅｉａｄｅｎｅ）、ベンゾ［ａ］ピレン、ベンゾ［ｅ］ピレン、ベンゾ［ｇｈｉ］ペリレン、ジベンゾ（ａ，ｈ）アントラセン、コロネン、ルビセン、ピラントレン、オバレンなどが挙げられるが、それに限定されない。多様な例において、多環式芳香族炭化水素は、図３Ｂに示されるもの、たとえばナフタレン３２６、アセナフタレン３２８、アセナフチレン３３０、アセフェナントリレン３３２、アセアントリレン３３４、アントラセン３３６、フェナントレン３３８、フルオレン３４０、ビフェニレン３４２、フルオランテン３４４、トリフェニレン３４６、クリセン３４８、テトラセン３５０、ペリレン３５２、テトラフェニレン３５４、テトラフェン３５６、ピセン３５８、ペンタフェン３６０、ベンゾ［ａ］ピレン３６２、ベンゾ［ｅ］ピレン３６４、ベンゾ［ｇｈｉ］ペリレン３６６、コロネン３６８およびルビセン３７０が挙げられるが、それに限定されない。多くのこのような多環式芳香族炭化水素は、その多様な置換誘導体と同様に市販されている。
【０１５２】
本明細書で使用する場合、多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン、たとえば多環式芳香族炭化水素ラジカルアニオン１０５は、対応する多環式芳香族炭化水素の電気化学または化学還元によって調製できる。たとえば、ナフタレンラジカルアニオンのナトリウム塩であるナトリウムナフタレンは、ナフタレンの無水テトラヒドロフラン溶液を金属ナトリウムと共に撹拌することによって調製できる。同様に、アントラセンラジカルアニオンのカリウム塩は、アントラセンの無水テトラヒドロフラン溶液を金属カリウムと共に撹拌することによって調製できる。いくつかの多環式芳香族炭化水素は、ナトリウムナフタレンなどのように、そのラジカルアニオン状態で市販されている。
【０１５３】
該技術の化合物中の２個以上の結合点を有する本明細書に記載する基（すなわち２価、３価または多価）は、接尾辞「エン」を使用して呼ぶことができる。たとえば、２価アルキル基はアルキレン基であり得て、２価アリール基はアリーレン基であり得て、２価ヘテロアリール基はヘテロアリーレン基であり得るなどである。特に、あるポリマーは、ポリマー反復単位を説明する用語と併せて接尾辞「エン」を使用して説明できる。たとえば、図３Ａの化合物３１０が「ポリ−パラ−フェニレン」と呼ぶことができるのは、反復単位フェニルが環上で相互に対してパラに位置する２個の結合点にて結合できるためである。別の例において、ポリマーは一般に、同じ方式で呼ばれ得て、たとえばポリアリーレンは、アリール基を介して２個の結合点で結合されているポリマー（たとえばポリ−パラ−フェニレン）である。他の例としては、ポリヘテロアリーレン（たとえば図３Ａの化合物３０２から３０６）、ポリアリーレンビニレン（たとえば図３Ａの化合物３１２）、ポリヘテロアリーレンビニレン（たとえば図３Ａの化合物３０８）などが挙げられる。当分野の一部の一般名は上記のパターンに従わない場合があることに留意されたい。たとえば、図３Ａの化合物３０２はポリヘテロアリーレンであるが、ふつうは接尾辞「エン」なしの「ポリピロール」として公知であり得る。
【０１５４】
アルコキシ基は、水素原子への結合が上で定義したような置換または非置換アルキル基の炭素原子への結合によって置き換えられるヒドロキシル基（−ＯＨ）であり得る。直鎖アルコキシ基の例としては、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペントキシ、ヘキソキシなどが挙げられるが、それに限定されない。分枝アルコキシ基の例としては、イソプロポキシ、ｓｅｃ−ブトキシ、ｔｅｒｆ−ブトキシ、イソペントキシ、イソヘキソキシなどが挙げられるが、それに限定されない。シクロアルコキシ基の例としては、シクロプロピルオキシ、シクロブチルオキシ、シクロペンチルオキシ、シクロヘキシルオキシなどが挙げられるが、それに限定されない。代表的な置換アルコキシ基は、上に挙げたものなどの置換基によって１回以上置換できる。
【０１５５】
「アミン」（または「アミノ」）という用語は、本明細書で使用する場合、ＮＲ５Ｒ６基を指し、ここでＲ５およびＲ６は独立して、水素または本明細書で定義するような置換もしくは非置換アルキル、アルケニル、アルキニル、シクロアルキル、アリール、アラルキル、ヘテロシクリルアルキルまたはヘテロシクリル基であり得る。いくつかの実施形態において、アミンはアルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アリールアミノまたはアルキルアリールアミノであり得る。他の実施形態において、アミンはＮＨ２、メチルアミノ、ジメチルアミノ、エチルアミノ、ジエチルアミノ、プロピルアミノ、イソプロピルアミノ、フェニルアミノまたはベンジルアミノであり得る。「アルキルアミノ」という用語はＮＲ７Ｒ８として定義され得て、ここでＲ７およびＲ８の少なくとも一方がアルキルであり得て、他方はアルキルまたは水素であり得る。「アリールアミノ」という用語は、ＮＲ９Ｒ１０として定義され得て、ここでＲ９およびＲ１０の少なくとも一方がアリールであり得て、他方はアリールまたは水素であり得る。
【０１５６】
「ハロゲン」および「ハロ」という用語は、本明細書で使用する場合、臭素、塩素、フッ素またはヨウ素を指す。いくつかの実施形態において、ハロゲンはフッ素であり得る。他の実施形態において、ハロゲンは塩素または臭素であり得る。
【０１５７】
システムの態様のハードウェアによる実施とソフトウェアによる実施とではほとんど差異はなく、ハードウェアまたはソフトウェアの使用は、一般には（場合によっては、ハードウェアとソフトウェアとの間の選択が重要となり得るため、常にではないが）費用対効果の兼ね合いを表す設計上の選択である。本明細書に記載のプロセスおよび／またはシステムおよび／または他の技術を実現させ得る多様な媒体が存在し（たとえばハードウェア、ソフトウェアおよび／またはファームウェア）、好ましい媒体は、プロセスおよび／またはシステムおよび／または他の技術が展開される状況によって異なるであろう。たとえば、速度および精度が優先される場合、実施者は、主にハードウェアおよび／またはファームウェアによる構成を選択することができ、融通性が優先される場合は、実施者は主にソフトウェアによる実施を選択することができ、またはなお再び代替的に、実施者はハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアの何らかの組合せを選択してもよい
【０１５８】
上述の詳細な説明は、ブロック図、フローチャートおよび／または実施例によって装置および／またはプロセスの多様な実施形態について説明した。ブロック図、フローチャート、および／または実施例が１つ以上の機能および／または操作を含む限り、当業者によって、このようなブロック図、フローチャート、および／または実施例内の各機能および／または操作が、広範囲のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたは実質的にその任意の組合せによって個別におよび／または集合的に実施できることが理解されるであろう。一実施形態において、本明細書に記載する主題のいくつかの部分が、特殊用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ（ＡＳＩＣ））、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙｓ（ＦＰＧＡ））、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰｓ）または他の集積フォーマットによって実施できる。しかし当業者は、本明細書で開示する実施形態のいくつかの態様が、全体または一部において、１台以上のコンピュータ上で動作する１つ以上のコンピュータプログラム同様に（たとえば１つ以上のコンピュータシステム上で動作する１つ以上のプログラムと同様に）、１個以上のプロセッサ上で動作する１つ以上のプログラムと同様に（たとえば１個以上のマイクロプロセッサ上で動作する１つ以上のプログラムと同様に）、ファームウェアと同様に、またはその任意の組合せと同様に、集積回路に実施できることと、回路の設計ならびに／またはソフトウェアおよび／もしくはファームウェアのコードを作成することが、本開示に照らして当業者の技能の十分に範囲にあることを認識するであろう。
【０１５９】
本開示は、多様な態様の例証とされるものである、本出願に記載した特定の実施形態に関して限定されるものではない。多くの変形形態および変更形態は、当業者に明らかとなるように、趣旨および範囲から逸脱することなく行うことができる。開示の範囲内の機能的に同等な方法および装置は、本明細書に列挙するものに加えて、上の説明から当業者に明らかとなる。このような修正および変更は、添付の特許請求の範囲内に含まれるものとする。本開示は、特許請求の範囲に付与される均等な範囲全体に沿って、添付の特許請求の範囲の用語によってのみ限定されるものである。本開示は、もちろん変更可能である特定の方法、システムまたは成分に限定されないことが理解されるべきである。本明細書で使用する用語が、特定の実施形態のみを説明する目的のためであることにすぎず、限定するものではないことも理解されるべきである。
【０１６０】
加えて当業者は、本明細書に記載する主題の機構がプログラム製品として多種多様の形で配布できることと、本明細書に記載する主題の例示的な実施形態が実際に配布を行うのに使用される特定の種類の信号搬送媒体と無関係に適用されることを認識するであろう。信号搬送媒体の例としては、以下の：記録型媒体、たとえばフロッピーディスク、ハード・ディスク・ドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、デジタルテープ、コンピュータメモリなど；ならびに伝送型媒体、たとえばデジタルおよび／またはアナログ通信媒体（たとえば光ファイバーケーブル、導波管、有線通信リンク、無線通信リンクなど）が挙げられるが、それに限定されない。
【０１６１】
当業者は、当分野では、装置および／またはプロセスを本明細書で述べた方式で説明して、その後に技術的慣行を用いてこのように説明した装置および／またはプロセスをデータ処理システムに組み込むことが普通であることを認識するであろう。すなわち、本明細書に記載する装置および／またはプロセスの少なくとも一部が合理的な量の実験を通じてデータ処理システムに組み込むことができる。当業者は、通例のデータ処理システムが一般にシステム・ユニット・ハウジング、ビデオ表示装置、メモリ、たとえば揮発性および非揮発性メモリ、プロセッサ、たとえばマイクロプロセッサおよびデジタル信号プロセッサ、コンピュータエンティティ、たとえばオペレーティングシステム、ドライバ、グラフィカル・ユーザ・インタフェース、およびアプリケーションプログラムの１つ以上、１台以上の対話装置、たとえばタッチパッドもしくはスクリーンおよび／またはフィードバックループを含む制御システムを含むことを認識するであろう。
【０１６２】
通例の製造システムは、任意の好適な市販の構成要素、たとえばデータ計算／通信および／またはネットワーク計算／通信システムで通例見られる構成要素を利用して実施できる。本明細書に記載の主題は、異なる他の構成要素内に含まれる、または異なる構成要素に接続された、異なる構成要素を例示することがある。このように示されたアーキテクチャは単なる例示にすぎず、実際に、同じ機能を実現する多くの他のアーキテクチャを実施できることを理解されたい。概念的な意味において、同じ機能を実現するための構成要素のいずれの構成も所望の機能が達成されるように効果的に「関連付け」られている。ゆえに、特定の機能を達成するために組合された本明細書のいずれの２個の構成要素も、アーキテクチャまたは介在する構成要素に関わらず、所望の機能が実現されるように相互に「関連付け」られていると見なすことができる。同様に、このように関連付けられたいずれの２個の構成要素も、所望の機能を実現するために、相互に「動作可能に接続されている」または「動作可能に結合されている」と見なすことができ、このように関連付けることが可能ないずれの２個の構成要素も、所望の機能を実現するために相互に「動作可能に結合できる」と見なすことができる。動作可能に結合可能な具体例としては、物理的に接続可能なおよび／もしくは物理的に相互作用する構成要素ならびに／または無線により相互作用可能な構成要素および／もしくは無線により相互作用する構成要素ならびに／または論理的に相互作用するおよび／もしくは論理的に相互作用可能な構成要素が挙げられるが、それに限定されない。
【０１６３】
本明細書における実質的にすべての複数形および／または単数形の用語の使用に対して、当業者は、状況および／または用途に適切なように、複数形から単数形に、および／または単数形から複数形に変換できる。多様な単数形／複数形の置き換えは、理解しやすいように、本明細書で明確に説明できる。
【０１６４】
一般に、本明細書において、特に添付の特許請求の範囲（たとえば、添付の特許請求の範囲の本体部）において使用される用語は、全体を通じて「オープンな（ｏｐｅｎ）」用語として企図されていることが、当業者には理解されよう（たとえば、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」と解釈されるべきであり、用語「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、「少なくとも有する（ｈａｖｉｎｇ  ａｔ  ｌｅａｓｔ）」と解釈されるべきであり、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ  ｂｕｔ  ｉｓ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」と解釈されるべきである、など）。導入される請求項で具体的な数の記載が企図される場合、そのような企図は、当該請求項において明示的に記載されることになり、そのような記載がない場合、そのような企図は存在しないことが、当業者にはさらに理解されよう。たとえば、理解の一助として、添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも１つの（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ）」および「１つ以上の（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」を使用して請求項の記載を導くことを含む場合がある。しかし、そのような句の使用は、同一の請求項が、導入句「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、そのように導入される請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、単に１つのそのような記載を含む実施形態に限定する、ということを示唆していると解釈されるべきではない（たとえば、「ａ」および／または「ａｎ」は、通常、「少なくとも１つの」または「１つ以上の」を意味すると解釈されるべきである）。同じことが、請求項の記載を導入するのに使用される定冠詞の使用にも当てはまる。加えて、導入される請求項の記載で具体的な数が明示的に記載されている場合でも、そのような記載は、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることが、当業者には理解されよう（たとえば、他の修飾語なしでの「２つの記載（ｔｗｏ  ｒｅｃｉｔａｔｉｏｎｓ）」の単なる記載は、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。
【０１６５】
さらに、「Ａ、ＢおよびＣなどの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、一般に、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で企図されている（たとえば、「Ａ、ＢおよびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共になどを有するシステムを含むが、それに限定されない）。２つ以上の代替用語を提示する実質的にいずれの離接的な語および／または句も、明細書、特許請求の範囲、または図面のどこにあっても、当該用語の一方（ｏｎｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｅｒｍｓ）、当該用語のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｅｒｍｓ）、または両方の用語（ｂｏｔｈ  ｔｅｒｍｓ）を含む可能性を企図すると理解されるべきであることが、当業者にはさらに理解されよう。たとえば、句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」または「Ｂ」あるいは「ＡおよびＢ」の可能性を含むことが理解されよう。
【０１６６】
加えて、本開示の特徴または態様がマーカッシュグループによって記述される場合は、本開示がまた、それによりマーカッシュグループの任意の個々のメンバまたはメンバのサブグループによって記述されることを、当業者は理解するであろう。当業者には理解されるように、文書による説明を提供することによってなど、すべての目的のために、本明細書で開示されるすべての範囲はまた、すべての可能なサブ範囲およびそれらのサブ範囲の組合せを包含する。列挙されているいかなる範囲も十分に説明し、同じ範囲が少なくとも等しい半分、３分の１、４分の１、５分の１、１０分の１などに分類できるようにしているので、容易に認識できる。非限定的な例として、本明細書で論じられる各範囲は、下の３分の１、中央の３分の１、および上の３分の１に容易に分類できる。当業者にはまた理解されるように、「まで（ｕｐ  ｔｏ）」、「少なくとも（ａｔ  ｌｅａｓｔ）」、「より大きい（ｇｒｅａｔｅｒ  ｔｈａｎ）」、「より小さい（ｌｅｓｓ  ｔｈａｎ）」、および同種のものなどのすべての言葉は、記載された数を含み、上記で論じられたように、それに続いてサブ範囲に分類できる範囲を指す。最後に、当業者には理解されるように、範囲は個々の各メンバを含む。たとえば、たとえば、１から３個のセルを有するグループは、１個、２個、または３個のセルを有するグループを指す。同様に、１から５個のセルを有するグループは、１個、２個、３個、４個、または５個のセルを有するグループを指し、以下同様である。本明細書では多様な態様および実施形態が開示されてきたが、他の態様および実施形態は当業者には明らかであろう。
【０１６７】
本明細書で開示された多様な態様および実施形態は、例示のためであり、限定することを企図するものではなく、真の範囲および趣旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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