2021 Fiscal Year Annual Research Report
Conductive nanodiamond particle for aqueous supercapacitor
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19K05064
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
近藤 剛史 東京理科大学, 理工学部先端化学科, 准教授 (00385535)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド / 電気化学キャパシタ / ナノダイヤモンド / 表面修飾 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高エネルギー密度かつ高出力密度を示す水系電気二重層キャパシタ（EDLC）の開発を目的として、導電性ボロンドープナノダイヤモンド（BDND）の作製および表面修飾技術の開発を行った。まず、BDND作製プロセスの最適化を検討し、高比表面積（650 m2/g）および高導電率（0.01 S/cm以上）のBDNDが再現よく得られる条件を見出すことができた。次に、最適化したBDNDを用いた水系EDLCデバイスの作製を実施した。チタン箔を集電体とし、1 M H2SO4を電解液としたパウチセルを作製して評価したところ、1.8 Vの大きなセル電圧を印加可能であることが確かめられた。また、電解液を高濃度NaClO4水溶液とした場合、2.8 Vのセル電圧を印加可能であった。そこで、電極材料をBDND、電解液を高濃度NaClO4水溶液とする水系EDLCに着目し、電極塗工プロセスおよびNaClO4濃度の最適化を検討した。BDND/バインダー比の検討および塗布量の検討を経て、容量が大きく、かつ十分な安定性を示す電極の塗工条件を見出すことができた。また、NaClO4濃度を検討したところ、8 Mとすることで高エネルギー密度（10 Wh/kg）かつ高出力密度（10000 W/kg-1）の水系EDLCデバイスを作製できることがわかった。また、高容量化を目的としたBDNDの表面修飾技術についても検討を行った。電子線グラフト重合法によりBDND表面にポリ（メタクリル酸グリシジル）修飾を行い、さらに2-アミノアントラキノン（AAQ）と反応させることにより、AAQ-BDNDを得た。BDND上のAAQは酸化還元活性であることが確認され、BDNDの高容量化に有効であることが示された。
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