2020 Fiscal Year Annual Research Report
Pulverization of graphite by ball milling for electrode materials of supercapacitors
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18K04899
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
加登 裕也 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (10624348)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | キャパシタ / 黒鉛 / 粉砕 / 炭素 / 表面官能基 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
天然黒鉛を原料として、粉砕等の簡便な操作による電気二重層キャパシタ用新規炭素電極材料の開発と容量発現メカニズムの解明を行った。遊星型ボールミルと主に直径1 mmのボールを用いて粉砕処理を行った。粉砕条件として種々の回転数および粉砕時間を設定し、得られた粉砕黒鉛の構造評価と電気化学特性評価を実施した。
重量比容量は、粉砕初期に急激に増大し、その後はなだらかに増大したが、一定時間の粉砕で最大値を示した。粉砕初期の重量比容量の変化に対応して、粒子径が急激に小さくなり、同時に比表面積が大幅に増大することが判明し、結果として重量比容量は比表面積にほぼ比例して増加することを見いだした。一方で、面積比容量に着目すると、粉砕初期は粉砕時間に比例して増大し、粉砕後期ではほぼ一定となった。要因として、粉砕初期に、六方晶に対する菱面体晶の存在割合が増加することで、大きな面積比容量を発現することが示唆された。また、空気、窒素、アルゴン等異種雰囲気下で粉砕処理を行い、表面官能基について評価したところ、空気中の窒素、酸素ガスより、窒素官能基または酸素官能基が導入されることが判明した。さらに、炭酸アンモニウムなど窒素源を添加して粉砕処理を行うと、炭酸アンモニウムを用いない粉砕処理に比べて、窒素量が増加し、酸素量が減少することを明らかにした。これらの粉砕黒鉛を用いて、有機系電解液中でキャパシタ特性評価を行った。結果として、現行の活性炭に匹敵する体積比容量と耐久性を示した。一方で、粉砕処理に伴う表面官能基の変化は、容量、耐久性など電極特性にほとんど影響しないことを明らかにした。
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