Monolithic Electrodes for Redox Capacitors Developed by Using an Efficient Process
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21K04762
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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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| Review Section |
Basic Section 27020:Chemical reaction and process system engineering-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
岩村 振一郎 北海道大学, 工学研究院, 助教 (10706873)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 反応プロセス / ナノ材料 / エネルギーデバイス / 炭素材料 / 化学気相析出法 / モノリス整形 / ナノ粒子担持 / モノリス成形 / 多孔質炭素 / 電解析出 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、レドックスキャパシタ用電極材料への利用に向けたモノリス状多孔質炭素と金属酸化物のナノ複合材料を簡便な設備・手順で製造する技術を開発する。これに向けて細孔構造を任意に制御した多孔質炭素モノリスを担体として、申請者の開発した多孔体内部の原料拡散状態を制御するの独自のCVD法と電析法を活用することで金属酸化物をモノリス体内部にナノレベルで均一な担持を行う。得られた材料の電極特性を評価し、その結果を元に構造のさらなる最適化を図る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、レドックスキャパシタ用電極への利用に向けて、モノリス状多孔質炭素を担体とした金属酸化物とのナノ複合材料を簡便な設備・手順で製造する技術の開発を目的としている。この目的に向けて細孔構造を任意に制御した多孔質炭素のモノリス体の開発がまず必要であり、そこに申請者の開発したCVD法や電析法を活用した金属酸化物のモノリス体内部へナノレベルで均一な担持を行う。令和3年度に実施した検討より、メソポーラスな炭素材料であるカーボンゲルを薄いディスク状のモノリス体に成形することが可能となったことに加え、独自のCVD法を鉄担持に利用できるように発展させた。令和4年度も引き続きモノリス状の多孔質炭素の開発および鉄担持技術の制御性の向上に向けて取り組んだ。
まず令和3年度に開発したディスク状カーボンゲル内部の物質移動性を評価するために液体透過抵抗を測定したところ、通液性がほとんどないことが判明した。このため、電解液を浸漬させて電極として使うこと自体はできるが、金属酸化物の担持プロセスに適用することは困難であった。そこで、カーボンゲルの前駆体であるレゾルシノール-ホルムアルデヒド樹脂の合成条件を再検討したところ、マイクロメートルサイズの空隙を有する構造にすることに成功した。これを炭素化することで液体や気体が容易に流通可能なモノリス状炭素材料が得られた。
また、鉄の担持に向けて開発を進めているCVD法は前年度の段階では、反応器に導入する鉄前駆体であるフェロセン蒸気の濃度が低いことから、担持量が低いという問題があった。そこで、鉄担持量増加に向けて、従来有機溶媒に溶かして反応器に導入していたフェロセンを、あらかじめ単独で昇華させたフェロセンをそのまま反応器に導入できるようにプロセスの改良を行った。この結果、反応器に高濃度なフェロセン蒸気を導入することが可能となり鉄の担持量が増加する傾向が見られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究で目的としているモノリス状レドックスキャパシタ電極を開発するためには、担体である多孔質炭素モノリスの細孔構造や形状を電極用途およびレドックス物質の均一担持に向けて最適化することが必要である。今年度成果により、内部まで液体や気体が流通可能な構造のモノリス体が作製可能となったため、レドックス物質の担持プロセスに適用が容易になったといえる。また、レドックス種としての鉄の担持プロセスの制御性が向上したことから、応用性能向上に向けて担持状態の最適化が可能となったといえる。以上のことから、今年度の進捗状況として「おおむね順調に進行している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和４年度の成果より、担持プロセスに適用可能な液体や気体の内部流通性の高い多孔質炭素モノリスが得られ、CVD法により十分な量の鉄(酸化物)のナノ粒子を担持できる傾向が見られた。そこで、R５年度は多孔質炭素モノリスの構造制御性をさらに向上させ、モノリスの表面積や細孔構造、モノリスの嵩密度を最適化したモノリス体の開発を目指す。また、レドックス種との複合化に向けて、鉄（酸化物）やTiO2の担持技術の制御性の向上を図り、複合体の電極特性評価も実施する予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(11 results)
