ポーラス炭素の精密構造制御と高効率エネルギー貯蔵の研究

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16F16384
• 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): WANG HAILONG 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): 2016-10-07 – 2019-03-31
• Keywords: 炭素 / エネルギー貯蔵

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、共有結合性有機構造体(COF)等の有機系結晶性ポーラス材料を鋳型・前駆体として用いて炭素化処理を行うことにより、細孔構造を精密制御したポーラス炭素材料を合成し、キャパシタ等におけるエネルギー貯蔵特性の向上を目的とする。溶媒熱反応を利用して、共有結合性有機構造体(COF)を合成した。シリカ―前駆体tetramethylorthosilicate (TMOS)やaminopropyltriethoxysilane (APTES)をCOFに導入した。水蒸気などの雰囲気下でシリカ―前駆体を加水分解させ、COF@TMOS-SiO2とCOF@APTES-SiO2複合体を合成した。合成されたポーラス共有結合性有機構造体COFやその複合体COF@TMOS-SiO2とCOF@APTES-SiO2をアルゴンガスフロー下で、700, 800, 900と1000℃で加熱炭化させ、生成物をHFで洗浄した。炭化処理の温度などの条件により、異なる細孔構造を有するポーラス炭素材料を合成した。800℃でのCOF-5とCOF-5@TMOS-SiO2の炭化処理によって得られた炭素材料は、それぞれ300 m2/g と600 m2/gの比表面積を示した。 700-1000 ℃の温度でCOF-5@APTES-SiO2の炭化処理によって得られた炭素材料は、1500-1700 m2/gの高い比表面積を示した。合成されたポーラス炭素を電気二重層キャパシタの電極材料として用いて、硫酸水溶液中において充放電特性評価を行った。異なるポーラス共有結合性有機構造体前駆体の使用や、炭化処理条件などが、生成されるポーラス炭素材料の構造及び電気二重層キャパシタの電極材料としての特性に与える影響を詳細に検討した。

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、有機系結晶性ポーラス材料を鋳型・前駆体として用いて、キャパシター電極材料として高い充放電性能を示す多孔質炭素を開発した。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、有機系結晶性ポーラス材料の構造・組成の最適化や炭化処理の反応条件の最適化を行うことにより、エネルギー貯蔵性能の更なる向上に取り組む予定である。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。