階層型多孔質炭素材料による高効率エネルギー貯蔵の研究

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15F15381
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 徐 強 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 電池技術研究部門, 上級主任研究員 (50357232)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): PACHFULE PRADIP 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 電池技術研究部門, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2015-11-09 – 2018-03-31
• Keywords: 炭素 / 多孔質 / エネルギー貯蔵

Outline of Annual Research Achievements

二次電池や電気二重層キャパシタ等においては、イオン等物質の貯蔵と輸送の双方に適したミクロ・メソ空間を兼ね備えた材料の合成法の確立は高効率エネルギー貯蔵の実現に重要な課題である。さらに、多孔質炭素材料を二次電池や電気二重層キャパシタ等のエネルギー貯蔵に用いる場合は、細孔の表面特性が重要であり、異種元素ドープによる細孔特性の精密制御も高効率エネルギー貯蔵の実現に極めて有効である。本研究では、有機構造体フレームワークを鋳型・前駆体として用いて炭素化処理を行うことにより、貯蔵に適したミクロ孔と輸送に適したメソ孔を合わせ持ち、構造と機能が精密に制御された階層型ミクロ・メソ多孔質炭素材料を創成し、さらに、異種元素のドープによる細孔特性の精密制御を行い、二次電池やキャパシタ等における貯蔵と輸送の能力・効率の最大化を目指している。まず、窒素成分を含有した有機系構造体フレームワークの微細な結晶をグラフェンのシート上に成長させ、窒素含有有機構造体微結晶と２次元炭素材料との複合体を形成させた。本複合体を前駆体として用いて、不活性雰囲気下で加熱処理を行うことにより、窒素ドープした多孔質炭素材料を合成した。得られた炭素材料の細孔構造や窒素ドープ量は、複合体前駆体における有機構造体フレームワーク微結晶の量やサイズ及び熱処理温度等の条件に依存した。現在、窒素含有有機構造体微結晶と２次元炭素材料との複合体前駆体の構造解析及び合成された炭素材料の構造解析とキャパシタ等の電極材料としての応用について研究を進めている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度は、研究計画に沿って、有機構造体フレームワーク微結晶を前駆体として用いて、階層型多孔質炭素材料を合成し、炭素材料の細孔構造と特性の精密制御を行っている。研究計画通り順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

次年度も、研究計画に沿って実験・研究を行い、有機構造体フレームワーク微結晶を前駆体として用いて、階層型多孔質炭素材料を合成し、細孔構造と特性の精密制御を行うとともに、キャパシタや二次電池等の電極材料としての特性評価を行い、エネルギー貯蔵効率の向上を図る予定である。研究計画を変更することなく、当初計画に沿った実験・研究を実施する予定である。