2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of wood-based carbon as supercapacitor electrodes recyclable for high CO2 storage material
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19K12396
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
畑 俊充 京都大学, 生存圏研究所, 講師 (10243099)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
本間 千晶 地方独立行政法人北海道立総合研究機構, 森林研究本部 林産試験場, 主任主査 (70446334)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | CO2吸蔵 / リサイクル / 木質系バイオマス / ウルトラミクロ孔 / 電気二重層キャパシタ電極 / 窒素ドープ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、CO２吸蔵機能を兼ね備えたリサイクル可能な電気二重層キャパシタ電極(EDLC）という蓄電池を木質系バイオマスから実現することを目的とする。
二酸化炭素吸蔵や電気の貯蔵において重要な役割を果たすと思われるナノ空隙に着目した。木質炭素への窒素ドープやウルトラミクロ孔のようなナノ空隙の分布は、静電容量やCO2ガス吸着量に影響を与えるからである。アンモニアあるいはエチルアミンを350℃の温度下で吸着させた木質熱処理物を、高温で炭化することにより、木質炭素への窒素ドープの実現を試みた。CO2吸着や電気の充電のために窒素ドープによって触媒活性を高めた木質熱処理物のナノ空隙構造を調べ、熱処理条件が得られたナノ空隙を含む多孔質炭素の面間隔へ与える影響をXPSとTEMを用いて解析した。
ドドマツ材(Abies sachalinensis)木粉を循環式オーブンおよび電気炉を用い、空気雰囲気下350℃で熱処理を行った。市販アンモニア水(28～30%)および 70%エチルアミン溶液をそれぞれガラス容器に入れ、蒸気の発生を確認後、得られた炭素前駆体を入れ密閉した。処理容器をウオーターバス中で 35℃、7日間保持した。処理終了後、濾別、水洗、乾燥（105℃）した。窒素雰囲気下において昇温速度 10℃/min、600℃あるいは 800℃で熱処理を施した。得られたサンプルについて、XPSおよびTEMを用いて測定・観察・解析を行った。炭素前駆体に昇温速度 10℃/min, 800℃で熱 処理を行ったサンプルの元素分析を行った。
元素分析の結果は、窒素の濃度はNH3ガス処理の場合4%、C2H8N ガスの場合2.6%残存し窒素ドープが行われていることがわかった。また、面間隔はそれぞれ0.64nmと0.61nmとなり、窒素ドープにより触媒効果が認められた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
処理により面間隔が小さくなったことから、炭素の結晶構造が発達し電気伝導度の向上が見込まれ、 電気化学的応用において有利に働くと思われるから。さらに、熱処理によって面間隔の制御が可能で、CO2吸着に有利なナノ空隙が形成されることが期待されるから。
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| Strategy for Future Research Activity |
静電容量向上に影響を及ぼす高次微細空隙の導入を行うための基盤となる炭素前駆体を大量に調製するための研究を行う。リグノセルロースナノファイバーへ凍結乾燥法適用するための条件を検討する。トドマツからリグノセルロースナノファイバーを得る、遊星型ボールミルを適用する。密閉式ジルコニア製粉砕用容器へ木粉と水とジルコニア製ボールを入れ、ナノファイバー化するための処理方法を検討する。
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| Causes of Carryover |
試料調製を行うにあたって、共同研究者の協力で効率よく行うことができたため。
ボールミリングによる試料調製のための消耗品購入などに使用する。
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