2014 Fiscal Year Annual Research Report
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25249140
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
直井 勝彦 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70192664)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮本 淳一 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30450662)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | キャパシタ / エネルギー貯蔵 / ナノ材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成26年度は、まずナノハイブリッドキャパシタ負極材料としてこれまでに作製手法を確立したナノ結晶TiO2(B)/カーボンナノファイバー(CNF)複合体について、CNF上のTiO2(B) ナノ結晶粒子の分散度定量化を可能とし、分散度を指標としてナノ結晶を凝集することなく高分散担持する手法を確立した。これによりTiO2(B)の利用率を上げて発現容量を更に向上させることに成功した。また、担体ナノカーボンとしてより安価で汎用性のある高比表面積カーボンブラック(ケッチェンブラック;KB)を用いた複合体の作製を試みた。その結果、TiO2(B)とKBの重量比が60：40の複合体の作製に成功し、現状では嵩密度の高いKBに起因する単位面積あたりの複合体重量が少ない電極ではあるがCNFと同程度以上であることを確認している。
正極材料については平成25年度に引き続き、担体ナノカーボンはCNFに絞り、活物質としてオリビン型リン酸鉄リチウム(LFP)とオリビン型リン酸バナジウムリチウム(LVP)を用いた複合体の作製及びそのエネルギー密度向上を検討した。LFP/CNF複合体についてはMgをドープすることで若干の出力特性向上が見られたがキャパシタ用途としては不十分であり、今後は担体ナノカーボンの選択や電極作製手法の点からの検討が必要であることがわかった。一方、LVP/CNF複合体については合成スキームを見直し、先にCNF上にバナジウム酸化物を担持させ、その後リン酸及びリチウム源を加えることでキャパシタ用途に十分な高出力特性を有するナノ結晶LVP/CNF複合体の作製に成功した。
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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
研究実施概要に示したとおり、TiO2(B)/CNF複合体については分散度の制御がある程度可能となり出力密度及びエネルギー密度を向上させることが可能となった。さらに担体ナノカーボンとしてより安価なKBを用いた複合体においても電気化学特性は良好であり、CNF代替として利用可能であることを明らかにした。また、正極材料についてはLFP/CNF複合体では既存のリチウムイオン電池の出力特性を上回るものの、キャパシタ用途としては不十分であったのでLVP/CNF複合体に注力した。合成スキームを最適化することによりCNF上へのLVPの高分散担持が可能となり、その結果LVP/CNF複合体がキャパシタ用途に利用可能な出力特性を有する正極材料候補であると判断できた。したがって、正・負極のナノハイブリッドキャパシタ電極が作製可能となりつつあるため、おおむね順調に研究が展開されている。
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| Strategy for Future Research Activity |
負極材料候補であるTiO2(B)/ナノカーボン複合体については担体としてKBを使用した場合に生じる単位面積当たりの活物質複合体重量を増加させることが必要である。そこで電極の作製方法を見直し、単位面積重量がCNF複合体と同等かつ、電気化学特性がそれ以上の性能を目指す。また、TiO2(B)/CNF複合体については今後、正極に活性炭を用いたフルセルを作製し、EDLC以上の出力密度・エネルギー密度を有するデバイス構築を試みると同時に充放電サイクルによる劣化の抑制手法を確立する。正極材料についてはLFP/CNFについては電極化時の低い集電体との接着性が出力特性に影響すると考えられるため、電極作製手法を検討する。また、高出力化にむけて分散性を向上させるためにより高比表面積を有するナノカーボン材料を探索し、複合体の電気化学特性を評価する。LVP/CNFについては異種元素ドープによりLiイオンの脱挿入時の結晶構造変化を抑制し、更なる高エネルギー密度化を目指す。
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