2021 Fiscal Year Annual Research Report
単層グラフェン多孔質電極を用いた高容量・高電圧型電気二重層キャパシタの開発
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19H00913
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
京谷 隆 東北大学, 工学研究科, 特任教授 (90153238)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西原 洋知 東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (80400430)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | グラフェン / エッジサイト / キャパシタ / 劣化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度までの検討により、グラフェンメソスポンジの利点である耐電圧を低下させずに面積比容量を大きくする方法として、骨格内部への窒素ドープが有望であることを見出していた。そこで本年度はさらにこの手法の最適化を検討し、重量当たりのエネルギー密度ならびに体積当たりのエネルギー密度で従来を上回る性能を達成した。さらに、窒素ドープしたグラフェンメソスポンジをバインダーフリーの一体成型する技術の開発にも成功した。また、本研究を通じ、カーボン材料のエッジサイトと電気化学的耐久性との関係性の解明が進み、グラフェンメソスポンジは電気二重層キャパシタの電極のみならず他の電池においても高性能と高耐久を発揮する可能性が示唆された。そこで、グラフェンメソスポンジを固体高分子形燃料電池のPt担体、ならびに全固体リチウム硫黄電池の正極硫黄担体として利用する際の基礎的挙動についてそれぞれ検討を行い、これらの用途においても有望な結果が得られた。
グラフェンメソスポンジは電気二重層キャパシタの電極をはじめ、様々な電池デバイスへの応用が期待されるため、社会実装に向けた量産化に関する検討も行った。従来はアルミナを鋳型に用い、フッ化水素酸でアルミナを溶かす工程が必要であったが、鋳型材を塩酸に可溶な酸化マグネシウムに切り替えることに成功し、グラフェンメソスポンジの製造コストの大幅低減を達成した。
本研究を通じ、他のカーボン材料と比較した際の、応用用途におけるグラフェンメソスポンジの優位性が明らかとなり、量産化技術の基盤も構築することができた。そこで、本研究の総括として大学発ベンチャー企業を設立し、グラフェンメソスポンジの社会実装を推し進める体制を整えた。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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