2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of novel capacitors with Mg ion carrier
| Project/Area Number |
18K19133
|
|---|
| Research Institution | Nagasaki University |
|---|
Principal Investigator |
森口 勇 長崎大学, 工学研究科, 教授 (40210158)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
瓜田 幸幾 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (40567666)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
|
| Keywords | 多孔カーボン / ミクロ細孔 / メソ細孔 / 階層構造 / 電気二重層 / キャパシタ / Liイオン / Mgイオン |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，カーボンミクロ細孔空間でのイオン脱溶媒和を活用した容量増大，さらに多価イオン塩を電解質に用いることによるさらなる高容量化，の相乗的な効果による新しいアプローチにより，既往研究の高比表面積化では理論的に実現不可能な革新的な高容量キャパシタの開発に挑戦するものである。
三次元的な形状を有するミクロ孔を有し，かつ細孔径が1 nm以下のミクロ孔と2 nm以上のメソ孔を有する階層的なナノ多孔カーボン（3Dカーボン）が，Li塩有機電解液のみならずMg塩有機電解液中においても，スリット状の二次元的なミクロ細孔を有するナノ多孔カーボン（2Dカーボン）より高い電気二重層容量を示すことを明らかにした。同じ3Dカーボンでは，Li塩有機電解液系よりもMg塩有機電解液の方が高い電気二重層容量を示し，カーボンや塩の種類の選択により300 F/g以上の極めて高い電気二重層容量を発現できることを見出した。また，ある程度の高い充放電レートにおいてもその高容量は維持された。一方，2Dカーボン系は，Mg塩有機電解液の方がむしろ低い容量を示した。Liイオンより溶媒和が強いMgイオンに対しても効果的に脱溶媒和できるカーボン多孔構造の設計が重要であることがわかった。
さらに，Li塩有機電解液系については，3Dカーボンを正極，Liプレドープカーボンを負極としたプロトタイプのLiイオンキャパシタを作製し，安定な作動とともに，高容量化が期待できることを確認した。Mg塩有機電解液系においては，Mgが可逆的に溶解・析出できる負極および電解液系の開発を進めた。
|
