高容量・高電圧作動ハイブリッドキャパシタに関する研究
| Project/Area Number |
17K05962
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Research Field |
Energy-related chemistry
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
宮本 淳一 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任助教 (30450662)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
直井 勝彦 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 卓越教授 (70192664)
岩間 悦郎 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90726423)
木須 一彰 東北大学, 材料科学高等研究所, 助教 (80755645)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Project Status |
Discontinued (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 省エネルギー / 蓄電デバイス / キャパシタ / ナノ材料 / リチウムイオン電池 / ナノ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度は平成30年度に決定した負極材料にLi3VO4(LVO)/多層カーボンナノチューブ複合体、正極材料にLi3V2(PO4)3：(LVP)を使用し、高電圧作動キャパシタの構築およびその性能について検討した。その結果電圧としては2.0～3.0Vで動作可能であり、これまでのキャパシタより高電圧作動可能であることを確認した。ただしサイクル劣化が1000サイクル以降徐々に進行することが判明した。その原因を各種分光法により劣化試料を分析したところ、負極表面に微量のバナジウムを検出し、そのバナジウムを中心に電解液分解物が表面堆積物を形成していることがわかった。この表面堆積物は活物質を被覆する表面固体皮膜(SEI)となり、そのためにサイクル劣化が生じているのではないかと考えている。さらにこのSEI中にフッ化リチウムを含むことがわかり、電解液中にフッ化水素が存在していることを示唆している。したがって、サイクル劣化の主要因は正極あるいは負極に含まれるバナジウムがHFにより溶出し、それが負極表面で堆積し、触媒として作用することで電解液を分解し、アルキル炭酸リチウムの生成を促進し電極被覆し、Liイオン拡散を阻害するためと考えられた。この原因解明のため、現在バナジウムが正・負極いずれから溶出しているのかを調査している。バナジウム溶出の抑制には電極活物質ナノ結晶を酸化物など各種無機物によりコートすることを検討している。
本研究期間の成果としては既に実用化されている両極活性炭である電気二重層キャパシタや、負極にチタン酸リチウムを用いたナノハイブリッドキャパシタより更に高電圧作動可能なキャパシタの構築を検討した。その結果、負極にLVO正極にLVPを用いることで目標である高電圧化が達成可能であることを示した。今後サイクル特性の劣化を抑えることでさらに実用化レベルに近づくと考えられる。
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Report
(3 results)
Research Products
(11 results)
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[Journal Article] Cation-Disordered Li3VO4: Reversible Li Insertion/Deinsertion Mechanism for Quasi Li-Rich Layered Li1+x[V1/2Li1/2]O2 (x = 0-1)2018
Author(s)
Patrick Rozier, Etsuro Iwama, Nagare Nishio, Kazuhisa Baba, Keisuke Matsumura, Kazuaki Kisu, Junichi Miyamoto, Wako Naoi, Yuki Orikasa, Patrice Simon, Katsuhiko Naoi
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Journal Title
Chemistry of Materials
Volume: 30
Issue: 15
Pages: 4926-4934
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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