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Thermally chargeable supercapacitors: self-powered welfare energy storage devices

Research Project

Project/Area Number 22KF0389
Project/Area Number (Other) 22F22368 (2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022)
Section外国
Review Section Basic Section 26030:Composite materials and interfaces-related
Research InstitutionNational Institute for Materials Science

Principal Investigator

有賀 克彦  国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, グループリーダー (50193082)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) SHINDE PRAGATI  国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2023-03-08 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2024: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥300,000 (Direct Cost: ¥300,000)
Keywordsナノ物質 / キャパシター / 熱電材料
Outline of Research at the Start

高エネルギー密度、高出力密度、長サイクル寿命を有する熱電変換型スーパーキャパシタ用の新規ハイブリッド材料を設計・開発する。水熱や共沈などの簡単な化学手法を用いる。電極と異なる高分子ゲル電解質の設計を改善するための指針を策定し、広い電圧範囲でのサイクル劣化に対する安定性(50,000 サイクル以上)に優れた新規の感温性酸化還元活性ポリマーゲル電解質を開発する。熱電変換型スーパーキャパシタの自己充電性能は、デバイスの両端に高温と低温を印加することでテストする。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、熱エネルギー(温度差や体動時に発生する人体熱)を単一デバイスで回収・蓄積し、スマートフォンや埋め込み型ポータブル電子機器に電力を供給できる新しい自己充電型パワーデバイスを開発することを目的とする。熱を蓄えた電荷(電気)に変換する熱電変換型スーパーキャパシタを開発する。近年、エネルギー集約と貯蔵の両機能を1つのデバイスに統合した自己充電型電源ユニットとして、熱電変換型スーパーキャパシタが開発されている。ただし、現存のデバイスでは、電気化学電池に比べてエネルギー密度が低く、セル電圧が低い、自己放電が大きい、充電に外部電源が必要などの大きな制約がある。そこで本研究は、温度依存性のある酸化還元活性電極材料と温度感受性イオン伝導性固体電解質を組み合わせることで、温度勾配を容易に維持し、熱電エネルギー変換効率が十分に高いデバイスの開発を行う。高エネルギー密度、高出力密度、長サイクル寿命を有する熱電変換型スーパーキャパシタ用の新規ハイブリッド材料を設計・開発する。水熱や共沈などの簡単な化学手法を用いる。電極と異なる高分子ゲル電解質の設計を改善するための指針を策定し、広い電圧範囲でのサイクル劣化に対する安定性(50,000 サイクル以上)に優れた新規の感温性酸化還元活性ポリマーゲル電解質を開発する。熱電変換型スーパーキャパシタの自己充電性能は、デバイスの両端に高温と低温を印加することでテストする。2023年度は、様々な物質の開発と電気化学特性の検討に成功し、複数の学術論文の発表を達成した。そのうちの一つは top 1% 論文として評価されている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

複数の発表論文があるなど順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

令和6年度には、セル性能を最適化し、最大化すること目的とする。標準的な厚さ(100μm)のゲル電解質膜を作製し、2枚の電極で挟む。電気化学的手法として、サイクリックボルタンメトリー、ガルバノスタティック充放電、電気化学インピーダンス分光法を用いて、比容量、電解質イオン輸送速度、充電メカニズムなどの電気化学的特性を調べる。熱電変換型スーパーキャパシタの自己充電性能は、デバイスの両端に高温と低温を印加することでテストする。これらの得られた結果を取りまとめ、成果の発表を行う。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (3 results)

All 2023

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

  • [Journal Article] Strengths, weaknesses, opportunities, and threats (SWOT) analysis of supercapacitors: A review2023

    • Author(s)
      Shinde Pragati A.、Abbas Qaisar、Chodankar Nilesh R.、Ariga Katsuhiko、Abdelkareem Mohammad Ali、Olabi Abdul Ghani
    • Journal Title

      Journal of Energy Chemistry

      Volume: 79 Pages: 611-638

    • DOI

      10.1016/j.jechem.2022.12.030

    • Related Report
      2023 Research-status Report 2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Ultrastable 1T-2H WS<sub>2</sub> Heterostructures by Nanoarchitectonics of Phosphorus-Triggered Phase Transition for Hybrid Supercapacitors2023

    • Author(s)
      Shinde Pragati A.、Chodankar Nilesh R.、Kim Hyung-Jin、Abdelkareem Mohammad Ali、Ghaferi Amal Al、Han Young-Kyu、Olabi Abdul Ghani、Ariga Katsuhiko
    • Journal Title

      ACS Energy Letters

      Volume: 8 Issue: 10 Pages: 4474-4487

    • DOI

      10.1021/acsenergylett.3c01452

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Two-Dimensional Nanoarchitectonics for Two-Dimensional Materials: Interfacial Engineering of Transition-Metal Dichalcogenides2023

    • Author(s)
      Shinde Pragati A.、Ariga Katsuhiko
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 39 Issue: 50 Pages: 18175-18186

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.3c02929

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed

URL: 

Published: 2022-11-17   Modified: 2024-12-25  

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