2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of device using graphene oxide as solid electolyte
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16K06727
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
鯉沼 陸央 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 准教授 (70284742)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 酸化グラフェン / 固体電解質 / スーパーキャパシタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
酸化グラフェン（GO）を用いた電気化学二重層キャパシタの作製に成功した。ここで作製した電解二重層キャパシタは、GOを固体電解質として利用し、光還元および電気化学還元を施した還元酸化グラフェン（rGO）を電極として利用することで、バインダーフリーのオールカーボンスーパーキャパシタとして作用することが分かった。
このキャパシタは、比較的高い電力密度とエネルギー併せ持つデバイスであったが、GO内に多塩基酸である硫酸やリン酸を添加することによって、その特性が約１ケタ向上することも見出した。硫酸やリン酸の添加は、それらがスペーサーとして働くことにより、プロトン伝導性をもつGOの層間隔を増加させることにより、イオン拡散がスムーズになったためであると考えられる。その静電容量の最大値は8.9 mF/cm2であった。
しかしながら、この硫酸やリン酸の添加のデバイスは、その寿命（サイクル特性）に問題があった。そこで、GOにスルホ基を導入することで、サイクル特性の向上を目指した。スルホ基を導入したGOを固体電解質に用いると、サイクル特性は１０倍以上（数１０００回の充放電に耐性をもつ）に向上した。これは、硫酸イオンでは、充放電を繰り返すことによって、電極表面に硫酸イオンが移動することで、性能劣化を引き起こしていたのに対して、スルホ基では、膜の内部にプロトン導電性を有するスルホ基がとどまることができたためであると考えられる。
以上の結果から、GOおよびスルホ基を導入したGOは非常に高い能力を有する固体電解質として作用することが証明できた
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