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Preparation of porous carbon nanofibers for capacitor electrodes derived from biomass resource

Research Project

Project/Area Number 20K05127
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 26040:Structural materials and functional materials-related
Research InstitutionFukushima University

Principal Investigator

Nakamura Kazumasa  福島大学, 共生システム理工学類, 准教授 (90433870)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 高瀬 つぎ子  福島大学, 共生システム理工学類, 特任准教授 (10466641)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Keywords構造・機能材料 / カーボン材料 / 表面・界面物性 / 電池・エネルギー材料 / カーボン系材料
Outline of Research at the Start

資源問題や環境問題の解決に向け、再生可能でありふれたバイオマス資源であるバクテリア由来のバイオマスセルロースナノファイバーを用い、それをヨウ素処理やオーガニックブレンドなどで処理し、その後、熱処理することで細孔制御されたカーボンナノファイバーを可能な限り簡略化させたOne-processにて作製する。これらカーボンナノファイバーの構造解析、組織観察、細孔特性などを調査する。さらに、エネルギー問題へ資するため、これらカーボンナノファイバーを蓄電デバイスであるキャパシターへの応用展開を見据え、キャパシターとしての性能評価も行う。

Outline of Final Research Achievements

Recently, recycling of waste biomass resources has gained importance for the promotion of a sustainable recycling-oriented society. Bacterial cellulose (BC) is a form of cellulose, having a three-dimensional network cellulose nanofiber with a diameter of ca. 50 nm and an excellent aspect ratio, which is most abundantly supplied among biomass resources on earth. In this work, carbon nanofibers were prepared from BC by iodine treatment and/or organic blend in order to apply to high-performance materials. The char yields of iodine-treated BC drastically increased compared to those of the raw BC. The iodine-treated carbon nanofibers also maintained nanofibrous textures. BC-derived carbon nanofibers with better pore properties and higher capacitance were synthesized by an only mixing surfer-based surfactant into the precursors.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

バイオマス資源であるセルロースナノファイバーへの事前のヨウ素処理により高炭素化収率で組織が整ったカーボンナノファイバーを得ることができた。これは炭素繊維の工業的製法をバイオマス資源にも応用可能であることを示している。また、このセルロースナノファイバーへのオーガニックブレンドブレンドにより、安価で安全な市販の試薬の使用のみで多孔質カーボンナノファイバーが作製できた。つまり、環境負荷が高い試薬や危険な試薬を使用せずとも炭素材料へ賦活を促すことができる。これらありふれたバイオマス資源から環境に配慮しワンプロセスにて高機能なカーボンナノファイバーを作製できることは、学術的にも社会的にも有意義である。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2022 2021

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Preparation of glass-like carbon with micrometer-sized pores by mixing thermosetting resin with thermoplastic microbeads2022

    • Author(s)
      Nakamura Kazumasa、Kubo Chiemi、Horibe Ryuto
    • Journal Title

      Materials Letters

      Volume: 312 Pages: 131691-131691

    • DOI

      10.1016/j.matlet.2022.131691

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Preparation of magnetic carbon nanofibers derived from bacterial cellulose alloyed with magnetic fluid2022

    • Author(s)
      Nakamura Kazumasa、Suzuki Nao、Takase Tsugiko
    • Journal Title

      Diamond and Related Materials

      Volume: 124 Pages: 108938-108938

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2022.108938

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 古くて新しい炭素の世界 ーカーボン ナノからマクロの世界まで2022

    • Author(s)
      中村和正
    • Organizer
      福島大学絆会講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] バイオマスからの炭素材料学会の作製とその応用2021

    • Author(s)
      中村和正
    • Organizer
      第48回炭素材料学会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Preparation of carbon nanofiber derived from bacterial cellulose by iodine treatment.2021

    • Author(s)
      K. Nakamura、Masatoshi Sato、Rie Matsuzaki、Takuma Sasaki、Hayato Tarui、Tsugiko Takase,
    • Organizer
      MRM2021 Materials Research Meeting
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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