2013 Fiscal Year Research-status Report
ラテックスを利用した電気二重層キャパシタの可逆性増大手法
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25420920
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
陳 競鳶 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50311676)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西海 豊彦 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10377476)
青木 幸一 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80142264)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 気二重層の考え方 / 電気二重層キャパシタ / ナノ電極の製作 / ボルタメトリ- / イオン化した微粒子 / 統計力学 / 固体電解質 / ラテックス微粒子の合成 |
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| Research Abstract |
静電容量の実際の厚さが分子大なので、電気二重層の静電容量は電極の微視的表面積だけで決まる。電極に垂直方向へのイオン分布を考慮するGCS理論は、電気二重層キャパシタの考え方と異なることを証明し、矛盾することを示した。静電容量のイオン濃度依存性や電位依存性のデータを得た。(論文1,2,3,4,5)。
次にGCS理論に代わる独自の理論として、電気二重層キャパシタへの実用に向く研究結果は以下です。（１）論文（1,2,3,4,5)に掲載したように原始的モデルの構築・計算をした。電気二重層容量にかかわる変数は、塩の濃度、誘電率、外部電圧、電解質イオンの大きさ、電解質の価数などであり、それぞれ現れる静電容量の特徴が異なる。各変数が及ぼす力が明瞭になるイオンの配置モデルを設定する。力からエネルギーを算出し、カノニカル分配関数を作成する。それを基にして、静電容量、電位分布、表面電荷密度などの期待値を求める。その考えを基礎実験によって証明した。
(2) 論文（6,7,8,9)に掲載したようなナノ電極の作製および組み合わせ： ナノメートルオーダーを目指して電極の微小化（論文6,7）、絶縁壁が問題になりにくい白金微細線電極の作製と検証（論文8,9）、電気化学測定装置の調整、微小電極の組み合わせを行った。実用に向く最適条件を見つけるまで至らず、さらなる時間と設備の充実が必要である。
(3) 論文（4,5,6) に掲載したようなイオン化した微粒子の合成およびその性質：異なる直径を持った3種類のラテックスを合成した。それぞれの粒子の幾何学とイオン的性質および溶媒への分散などの基本的な性質を求めた。
(4) 実験結果に基づくモデルの構築およびモデル計算と並行して行なっている。
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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
当初の計画の70％に至る研究結果が得た。
(1) 論文（1,2,3,4,5)に掲載したような電気二重層の原始的モデルの構築・計算をした。電極に垂直方向へのイオン分布を考慮するGCS理論は、電気二重層キャパシタの考え方と異なることを証明し、矛盾することを示した。静電容量のイオン濃度依存性や電位依存性のデータを得た。その考えを基礎実験によって証明した。
(2) 論文（6,7)に掲載したようなナノメートルオーダーを目指して電極の微小化に成功した。ナノ電極の作製、絶縁壁が問題になりにくい白金微細線電極の作製と検証、ナノ電極の無塩状態での応用、電気化学測定・データ解析と計算理論をした。
(3) 論文（4,5,6) に掲載したようなイオン化した微粒子の合成およびその性質：異なる直径を持った3種類のラテックスを合成した。それぞれの粒子の幾何学とイオン的性質および溶媒への分散などの基本的な性質を求めた。
実用に向く最適条件を見つけるまで至らず、さらなる時間と設備の充実が必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) ２５年度の結果によりモデルの再構築およびモデル再計算。その考えを基礎実験によって証明。その正当性を理論的に示す。
(2) ナノ電極の作製および組み合わせ。測定装置の再調整。実用に向く最適条件を見つける。不適であれば(1)へ戻る。
(3) 合成したラテックスの適用性の検討。S１粒子の幾何学とイオン的な性質および溶媒への分散などの基本的な性質など。S3 イオン数の決定。S4基盤への配列：表面張力を制御すると、自発的に球が配列する。
(4) 電気化学測定・データ解析と計算理論を同時的に行い、各変数の影響を調べるため、変数を一つずつ動かしてみる。できるだけ解析解が出るような形のモデルの再構築も行う。それらをすべて取り込んだとき、実験で得られる電気二重層キャパシタが得られる。それらの変数を変えたときの実験的検証を行う。(1)と並行して行なっている。
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