2023 Fiscal Year Annual Research Report
Design of functional nanostructures with high electrochemical performance
| Project/Area Number |
21K04149
|
|---|
| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
金 敬鎬 北見工業大学, 工学部, 教授 (70608471)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | ナノ構造体 / 複合酸化物 / 複合水酸化物 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
持続可能な社会を実現する動きとして、環境への負担が少なくエネルギー問題を解決するエネルギー貯蔵デバイスの高性能化及び低コスト化に対する需要が高まっている。特に、従来の貴金属ルテニウム系と比べ比較的に安価である遷移金属系（ニッケル、銅、コバルトなど）酸化物または水酸化物を電極材料として用いたスーパーキャパシタはエネルギー貯蔵デバイスとして有望である。
そこで、簡単かつ環境にもやさしい化学溶液堆積法に基づくウェットプロセスを用いた透明電極基板上に直接成長させた酸化ニッケルナノ構造体へのドーパント（コバルト及び亜鉛）が及ぼす形態的特性への影響を検討した。相互接続したナノシートの垂直配列は電気化学反応中、電子の移動を促進する重要な要因と考えられる。次に、成長時間が及ぼすニッケルーコバルト複合水酸化物の形態的・電気化学的特性への影響を明らかにした。複合水酸化物の膜厚は1時間から3時間といった初期段階において大きく増加し、その後成長時間の増加に伴い、一定の膜厚を保つことができる。また、電気化学的サイクル耐久性は複合ナノ構造体の成長時間の増加に伴い向上した。ナノシートの幅および密度は、ニッケルとコバルトの前駆体比によって制御可能であり、後熱処理（空気中300度）を施すことで複合水酸化物は複合酸化物への相転移が起こる。更に、溶液反応の中で均一な核生成により成長した酸化銅はサブナノ粒子が集合した球状の構造体を形成し、その成長はキサメチレンテトラミン（HMT）添加量により制御可能であった。
このように、スーパーキャパシタの電極材料として水酸化物および酸化物ナノ構造体の形態制御により、そのデバイスの電気化学的性能の改善するための重要な要素である。
|
