2005 Fiscal Year Annual Research Report
新規な高出力Li蓄電素子に用いるナノカーボン材料の設計と合成
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16560618
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| Research Institution | Nagasaki Institute of Applied Science |
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Principal Investigator |
藤井 光廣 長崎総合科学大学, 工学部, 教授 (90086455)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山邊 時雄 長崎総合科学大学, 工学研究科, 教授 (80025965)
加藤 貴 長崎総合科学大学, 新技術創成研究所, 助手 (10399214)
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| Keywords | 多縮合環芳香族炭化水素 / PAHs / 炭素材料 / リチウムイオン二次電池 |
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| Research Abstract |
本研究では、PAHs(多縮合環芳香族炭化水素)のナノ構造につき複数のモデルを構築し、体系的に理論計算を実施してリチウムと有効に相互作用しうる材料設計を行った。その結果、PAHsとリチウム原子との相互作用は、イオン性のほか共有結合性をも帯び、PAHsの種類やリチウムの束縛位置の違いにより、炭素骨格の平面性が大きく失われることを見出した。
理論計算により得られた材料設計に基づき、ナノカーボン合成装置を用いて、ピッチの原料選択、合成プロセスなどについてPAHsの合成条件を細かくチェックした後、PAHSを合成した。合成温度は550℃〜750℃である。得られたPAHs材料の微細構造の解析を実施した結果、例えば650℃で合成したPAHsはカーボンの(002)面が平均して8枚積層した結晶子が集合したアモルファス構造をしていることが明らかになった。また、全自動ガス吸着装置によるPAHsの細孔分布・比表面積の測定結果、BET比表面積は合成温度の違いにより、50m^2/g〜435m^2/gであった。また2nm以下のミクロ孔を高容積保持していることが分かった。
合成されたPAHsを負極材として用いた新規リチウムイオン二次電池を試作し、それらの充電・放電特性を測定した。試作にあたっては正極材、電解液、導電材、バインダー、セパレーター、集電体などの電池部材や作製プロセスについて詳細に検討と改善を重ねた上で電池セルとして組み上げた。試作したリチウムイオン二次電池の初期充電容量と放電容量は、負極活物質1gあたり、900mAh/g及び600mAh/gの高容量のものが得られた。
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