Preparation of ionic-bond molecules using pseudo-high-pressure in a single-walled carbon nanotube and their application for high-rate batteries

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02809
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 36020:Energy-related chemistry
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: KAWASAKI SHINJI 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40241294)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 服部 義之 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (20456495) ; 石井 陽祐 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80752914)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: カーボンナノチューブ / 内包 / 二次電池 / 光触媒 / 二酸化炭素還元 / 高速充放電

Outline of Final Research Achievements

We developed new energy storage devices and photocatalysts by using chemical reactions in hollow core space of single-walled carbon nanotubes (SWCNT). It was found that the iodine-zinc battery using iodine encapsulation reaction in SWCNTs shows good rate and cycling performances. We synthesized nickel hydroxides and SWCNT composites from nickel metal complex precursors encapsulated in SWCNTs. The prepared composites shows ultra-fast discharge properties that the decrease of the discharge capacity at 1000 C rate is only 5% comparing with that at 50 C. We also synthesized AgI/SWCNT/AgIO3 composite, which works as a solar CO2 reduction photocatalyst, just by immersing SWCNTs encapsulating iodine molecules in silver nitrate solution.

Free Research Field

炭素材料科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

学術的な意義としては、SWCNTのチューブ内での反応および反応生成物が特異なものであることをいくつかの実例で示したことがあげられる。具体的にはSWCNTに内包されたヨウ素分子が水溶液中の銀イオンときわめて短時間に不均化反応をおこすことが明らかになった。また、SWCNTに内包されたニッケル錯体から合成したニッケルの水酸化物はバルク水酸化ニッケル結晶とは異なる物性を示すことが明らかになった。このニッケル水酸化物/SWCNT複合体試料が高速充放電電極として機能することを明らかにしたことは工業的にも意義深い。