2019 Fiscal Year Annual Research Report
プラスチック上グラファイト薄膜の創製と革新二次電池への応用
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18J20904
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
村田 博雅 筑波大学, 数理物質科学研究科, 特別研究員(DC1)
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2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | グラファイト薄膜 / 層交換 / 二次電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電気自動車や携帯機器のバッテリーの革新を目指し、二次電池の全固体化・薄膜化の研究が活発化している。中でも、軽くて柔らかい「フレキシブル全固体薄膜二次電池」は、どこにでも設置できることに加え、積層による高性能化が容易であり、「究極の電池形態」といえる。その実現のための要素技術として、負極材料であるグラファイト薄膜(厚い多層グラフェン)をプラスチック上に合成し、バルク・グラファイト級の負極特性を実証することを目指す。
昨年度までの研究により、Cと層交換する金属触媒としてNiを用いることで、最も均一なグラファイト薄膜を低温（500℃）で合成できることが判明した。本研究で提案する全固体二次電池の負極としてグラファイト薄膜を用いるためには、「グラファイト/Ni/基板」という構造が必要となる。この構造は初期の非晶質CとNiの初期位置を逆転した「逆層交換」により自己組織的に形成可能である。ここで、プラスチック上にグラファイト薄膜を合成するためには、層交換の発現温度を400℃以下に低減することが求められる。これらのことから、プラスチック上グラファイト膜の合成のため、「逆層交換」、「熱処理温度・時間、雰囲気」を検討した。
その結果、耐熱性プラスチック基板の耐熱温度において、グラファイト/Ni/プラスチック基板構造の形成に成功し、グラファイトは基板全面を被覆していた。
上記に加え、層交換合成したグラファイト薄膜の負極構造作製を行った。グラファイト薄膜の負極特性の評価には、現行のコイン型電池を用いる。コイン型電池においてはグラファイトを金属箔上に合成する必要がある。そこで、Ni/非晶質C/Mo箔構造を製膜し熱処理することで、グラファイト/Ni/Mo箔構造を形成した。本試料とLiを対向させた電池を作製し、電池測定を行い、コイン型電池作製および電気化学測定のノウハウを蓄積した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は当初計画の達成に加え、3年目に行う予定であった負極作製や評価を前倒しで行い、ノウハウを蓄積することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2年目までにプラスチックおよび導電膜上へのグラファイト薄膜の合成に成功した。そこで、3年目には、層交換合成したグラファイト薄膜の負極特性の実証を目指す。また、充放電前後の構造評価によって特性劣化要因を明らかにし、グラファイトの合成条件や形状にフィードバックする。
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