金属酸化物／炭素ナノコンポジットキャパシタの創製と界面特性の理解

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25630303
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 馬渕 守 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (00358061)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: キャパシタ / カーボンナノチューブ / ニッケル

Outline of Annual Research Achievements

市販の多層カーボンナノチューブ (CNT) を利用して、ニッケル酸化物 (NiO) 系のスーパーキャパシタを高性能化することを目的とした。CNTを電気泳動によりステンレス基板上に膜状に集積させ、そこにパルスメッキ法でニッケル微粒子を析出させた。その後大気中での熱処理によりニッケル微粒子を酸化した。このCNT/NiO電極をサイクリックボルタンメトリや充放電測定により測定し、また表面のニッケルの酸化状態をX線光電子分光分析で評価することで、パルスメッキおよび熱処理の最適条件、ならびにニッケルの最適な酸化状態を見出した。CNT表面に最小で粒径 7 nmのNiO系粒子を担持させることに成功し、適切な時間での熱処理によりキャパシタ容量も最大となった。
さらに、膜組織の均一化を図り、CNT電気泳動～パルスメッキ～熱処理の操作を多重に行うと、キャパシタ容量がさらに改善した。高分解能透過型電子顕微鏡 (HR-TEM) および電子エネルギー損失分光 (EELS) 測定を行ったところ、走査型電子顕微鏡では観察されないような超微細なNi系粒子（～2 nm）がCNT表面上に析出していることがわかった。キャパシタ容量の改善にはこの超微細粒子が関与している可能性があり、今後、多重プロセス中のどの要因がもとでこの超微細粒子が析出しているかを、パルスメッキ条件のさらなる最適化とHR-TEM観察等を通じて解明し、展開を図る。