2016 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)
木須 一彰 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任助教 (80755645)
岩間 悦郎 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90726423)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | キャパシター / ナノ材料 / 新エネルギー / 再生可能エネルギー / 電気自動車 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
負極材料については、さらなる高エネルギー密度化・高電圧化を達成するため、バナジン酸リチウム Li3VO4(LVO)に着目し、ナノ炭素材料との複合体の作製およびキャパシタ負極特性の評価に取り組んだ。液相合成により、LVO粒子を多層カーボンナノチューブ(MWCNT)と複合化する事に成功した。高分解能透過電子顕微鏡(HRTEM)観察から、MWCNT中に20～50nmのLVOナノ粒子が高分散担持されている事を確認した。本複合体を用いたハーフセルを作製し、充放電特性を評価した結果、下限電位0.1V vs. Li/Li+でLVO単位グラム当たり400mAhの容量を発現する事、さらに20A/gの高電流密度においても低電流密度時(0.1A/g)の50%以上の容量を維持する事を確認した。一方で本複合体は充放電時における電圧ヒステリシスが0.5V以上あるという問題点を有することが判明した。正極材料については、平成27年度に合成法を確立したモノクリニック型リン酸バナジウムリチウム(LVP)/MWCNT複合体を用い、負極にチタン酸リチウム(LTO)電極を使用したハイブリッドキャパシタを構築し、基礎電気化学特性を検討した。負極にリチウムメタルを用いたハーフセルではサイクル特性は安定していたが、LTO電極を用いたフルセルではサイクル特性が劣化することを確認した。この劣化原因は充放電過程におけるLVP結晶中のバナジウムが溶出し、負極界面で析出するためであることを充放電後のX線光電子分光法およびHRTEM観察から推察した。この課題に対し、AlPO4、MgOなどを用いた表面コーティングによりLVP/MWCNT複合体を用いたハイブリッドキャパシタのサイクル特性向上を検討した。その結果表面コーティングが充放電サイクルの劣化抑制に効果的であることを見出した。
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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
負極材料については平成28年度よりハイブリッドキャパシタのエネルギー密度向上を目的としてTiO2(B)より低電位まで使用可能なLi3VO4(LVO)に着目し、複合体の作製手法を確立した。本複合体について基礎的電気化学評価を行い、正極に活性炭を用いて3.5V以上の高電圧を達成する可能性を見出し、キャパシタ負極材料候補として有力であることがわかった。さらに正極材料についてはLVP/MWCNT複合体およびLTO負極を用いたハイブリッドキャパシタのプロトタイプ構築を試行した。その電気化学評価により課題抽出を行い、LVP上への表面コーティングによるバナジウム溶出の抑制手法を見出した。以上の理由よりおおむね順調に研究推進している。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は平成28年度に引き続いてTiO2(B)を負極、正極に活性炭を用いたデバイスを作製し、そのキャパシタ特性を検討するとともに、正極として他のナノ炭素材料や新たな正極材料候補として検討しているLVP/MWCNT電極を用いたキャパシタデバイスを構築し、その電気化学特性評価を行う。また、LVO/MWCNT複合体については、本複合体の課題である電圧ヒステリシス解消にむけて、その場XRD測定等による詳細な反応メカニズムの解明および反応メカニズムに基づく電位制御の検討を行い、高エネルギー密度キャパシタ負極材料としての検討を進める。正極材料LVP/MWCNTについては平成28年度に挙がった充放電サイクル中のバナジウム溶出の抑制に目処が立ったため、今後は負極LTOを用いたフルセルの充放電サイクル特性向上を目指すとともに、キャパシタとして利用する入・出力特性を調査検討し、実用化に対する指針を得ることを目的とする。
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[Journal Article] Ultrafast Nanocrystalline-TiO 2 (B)/Carbon Nanotube Hyperdispersion Prepared via Combined Ultracentrifugation and Hydrothermal Treatments for Hybrid Supercapacitors2016
Author(s)
Katsuhiko Naoi, Takayuki Kurita, Masayuki Abe, Takumi Furuhashi, Yuta Abe, Keita Okazaki, Junichi Miyamoto, Etsuro Iwama, Shintaro Aoyagi, Wako Naoi, Patrice Simon
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Journal Title
Advanced Materials
Volume: 28
Pages: 6751-6457
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Ultrafast charge-discharge characteristics of a nanosized core-shell structured LiFePO4 material for hybrid supercapacitor applications2016
Author(s)
Katsuhiko Naoi, Kazuaki Kisu, Etsuro Iwama, Shota Nakashima, Yuki Sakai, Yuki Orikasa, Philippe Leone, Nicolas Dupre, Thierry Brousse, Patrick Rozier, Wako Naoi, Patrice Simon
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Journal Title
Energy and Envionmental Science
Volume: 9
Pages: 2143-2151
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Electrochemical Kinetics of Carbon-Nested Ultrafast Nano-LiFePO4 for Hybrid Ees2016
Author(s)
Kazuaki Kisu, Etsuro Iwama, Shota Nakasima, Yuki Sakai, Yuki Orikasa, Philippe Leone, Nicolas Dupre, Wako Naoi, Thierry Brousse, Patrick Rozier, Patrice Simon, Katsuhiko Naoi
Organizer
Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science 2016
Place of Presentation
Honolulu, Hawai, USA
Year and Date
2016-10-02 – 2016-10-07
Int'l Joint Research
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[Presentation] Ultrafast Nanocrystalline Li3V1.9Al0.1(PO4)3 Directly Attached on the Surface Graphene Layers of Multi-Walled Carbon Nanotubes for Hybrid Capacitor2016
Author(s)
Naohisa Okita, Kazuaki Kisu, Mariko Shinoda, Masanori Muramatsu, Taichi Fukami, Etsuro Iwama, Patrick Rozier, Patrice Simon, Wako Naoi, Katsuhiko Naoi
Organizer
International Conference on Advanced Capacitors2016
Place of Presentation
Otsu, Japan, Ohtsu Prince Hotel
Year and Date
2016-05-23 – 2016-05-27
Int'l Joint Research
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