2017 Fiscal Year Research-status Report
高容量・高電圧作動ハイブリッドキャパシタに関する研究
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17K05962
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
宮本 淳一 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30450662)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
直井 勝彦 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70192664)
岩間 悦郎 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90726423)
木須 一彰 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任助教 (80755645)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | キャパシタ / リチウムイオン電池 / ナノ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年度は新規ハイブリッドキャパシタ用負極材料として有望と考えられる，Li3VO4(LVO)ナノ粒子の多層カーボンナノチューブ(MWCNT)複合体の電気化学特性及びその充放電メカニズムについて検討した。一般的なLVO合成法である液相中クエン酸錯体合成法と独自技術である超遠心力下ナノハイブリッド技術を組み合わせ，LVOをMWCNT上に高分散担持することに成功した。その電気化学特性はこれまでのLVOの電気化学特性を大きく上回る出力特性を示した。さらにin-situ XRD測定により，複合体の充放電メカニズム解析を行なったところ，初期放電において約0.8-0.5 V Li/Li+で1段階目の二相共存反応が生じた。放電をさらに進めると0.3-0.1 V Li/Li+で2段階目の二相共存反応が生じることを見出した。この反応は可逆的でなく0.1 V Li/Li+から充電を行うと元の結晶構造から変化していることを見出した。詳細なXRD測定により，0.1 V Li/Li+まで放電を行うことにより，アニオン(酸素)骨格を維持したままLiとVがcation mixingするという電気化学的活性化が生じ，その構造変化がLiイオンの結晶内における拡散挙動を高速化していることを見出した。また，これまで報告してきたナノTiO2(B)/ナノ炭素材料複合体についても，高容量・高出力特性を維持したまま大気下で温和に加熱することにより複合体中の炭素含有量を減らすことに成功した。この炭素燃焼TiO2(B)は電極密度の大幅な向上を達成し，単位体積あたりの容量を増加することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
上記に示した通り，LVO/MWCNT複合体において，Liイオンの固体内拡散が結晶構造変化によることを明らかにした。このことは既知のリチウムイオン電池材料においても結晶構造変化により固体内のリチウム移動現象が変化し，ハイブリッドキャパシタ材料候補となり得ることを示唆している。すなわち，ハイブリッドキャパシタ電極となり得る材料が今後さらに見つかる可能性があることを意味する重要な知見と考えられる。その意味で順調に進展していると思われる。
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| Strategy for Future Research Activity |
LVO/MWCNT複合体については電気化学的に活性化することで，これまでにLVOとしては報告例の無い電気化学特性の発現を確認し，さらにその特性向上メカニズムが低電位までの充電による結晶構造変化にあることを見出した。しかし，電気化学的活性化はセル毎のバラツキが生じる原因となることから，電気化学的手法以外による活性化を検討する必要がある。また，現状では複合体中のMWCNT含有量が多いことによる単位質量当たりにおける複合体の発現容量が少ないという課題に取り組む必要がある。炭素燃焼TiO2(B)についてはこれまでの研究から，電極密度の増加に成功し，電気化学特性もキャパシタとして十分な性能を有していることがわかった。今後は本TiO2(B)を負極，活性炭やカーボンナノチューブなどのナノ炭素材料を正極とした試験用フルセルによるキャパシタ特性を検証する予定である。
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| Causes of Carryover |
必要物品費の端数分として発生した金額である。
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