2021 Fiscal Year Annual Research Report
Preparation of physical solid-state capacitors using nano-scale unevenness surface structure and their applications to environment-conscious energy systems
| Project/Area Number |
19H04308
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
橋田 俊之 東北大学, 工学研究科, 教授 (40180814)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福原 幹夫 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 学術研究員 (30400401)
佐藤 一永 東北大学, 工学研究科, 准教授 (50422077)
今野 一弥 仙台高等専門学校, 総合工学科, 教授 (80270198)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 蓄電体 / アモロファス / 凹凸構造 / 環境調和エネルギー / 陽極酸化 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度の研究実績を以下に列記する．
(1) 幅が20 mmまでのアルミナリボン材を用いて，スパッター垂直照射， 0.1, 1, 10 ミクロンメートルの金箔の直接付着法によって金電極形成を試み，電極に集電体を付与することができている．しかしながら，前者の方法では凹部にまで蒸着され，後者は静電気により金箔が凝集し高性能な集電体の作製，ならびにこれらの方式による積層化については今後の課題になっている．一方，陽極酸化法の代わりにアルミナ粒を1500℃の還元雰囲気中焼鈍させた黒色ナノ径粒子をエポキシ系樹脂で固めて凸径サイズの広面積蓄電体を作製する方法を考案し，実際に試作することができた．また，アルミナ自体の蓄電量の改善ならびにアルミナの微細化を目的として，黒鉛製ホットプレスを行うことでアルミナの酸素欠損度を増大させるとともに，アルコキシド法で作成したアルミナ粒子を用い，冷凍粉砕法により微細化する手法を提案した．
(2) 第一原理に基づく分子軌道法シミュレーション解析を実施し，準安定なアルミ酸化物を構成するAlＯ6クラスターは，密度2.792g/cm3を持つAl2Ｏ2.875であることを発見した．これに基づき，Ｏ原子とその隣接Al原子の欠陥近傍に局在するバンドギャップ中に孤立電子が出現し，これが静電誘導により正電荷を誘発し，結果的に外部から多量の電子を吸着する蓄電機構を提案した．この研究成果は，Scientific Report(2021)で公表した．
(3)本研究のAlＯ６クラスターから成るアモルファス黒色アルミナに関する研究で得られた知見を，木材から作成された3 nmの平均径を持つアモルファスセルロースナノファイバー(CNF)に適用した．約20秒間のLED点灯を可能にする蓄電が達成され，物理的（量子的）蓄電体の蓄電機構の提案が妥当であることを検証した．
|
| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| 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。
|
Research Products
(2 results)
