2014 Fiscal Year Annual Research Report
カーボンナノチューブによるワインドアップ式機械的エネルギーの貯蔵研究
| Project/Area Number |
25870856
|
|---|
| Research Institution | Tokyo University of Science, Suwa |
|---|
Principal Investigator |
内海 重宜 諏訪東京理科大学, 工学部, 准教授 (00454257)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
|
| Keywords | カーボンナノチューブ / ナノカーボン / 捻り / 機械的エネルギー / 重量エネルギー密度 / CNT紡績糸 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
エネルギーの貯蔵，輸送および携帯性に関する問題解決のため，高強度・高弾性かつ軽量という特徴を持つカーボンナノチューブ（CNT）によるワインドアップ（ねじ巻き）式の機械的エネルギーの貯蔵に着目した。シミュレーション結果によれば，捻ることでリチウムイオン電池（0.72 MJ/kg）の10倍以上の重量エネルギー密度をCNTに貯蔵できる。本研究の目的は，CNTを捻じることで貯蔵できる重量エネルギー密度を実験的に求めることである。
平成25年度の研究では，試料を捻った時に生じる引張力とトルクを測定し，貯蔵重量エネルギー密度を計算するシステムを構築した。モデル物質として用いたカーボンファイバーでは0.052 MJ/kg，ナノカーボンの一種である酸化グラフェンでは3.8×10-4 MJ/kgを得た。ナノカーボンに貯蔵できる重量エネルギー密度を実験的に得た初めての結果である。
平成26年度の研究では，測定試料として多層CNTから成るCNT紡績糸（株式会社Planet製）を用いた。様々な直径・本数のCNT紡績糸試料，さらにグル―または界面活性剤により強化した試料について，捻った回数とその時に生じるトルクおよび引張力を測定し，重量エネルギー密度を算出した。その結果，直径の細い11 umのCNT紡績糸4本を束ねた試料が最大の貯蔵重量エネルギー密度0.6 MJ/kgを示した。これはリチウムイオン電池にほぼ匹敵する。この時トルクのエネルギーの寄与が約99%であり，トルクを生じる試料の作製が不可欠である。強度のある太い直径のCNT紡績糸を使ってもこの値を超えることはなかった。直径が太くなると，径外側のひずみも大きくなり紡績糸が切れてしまうためである。グルーや界面活性剤により，貯蔵重量エネルギー密度に改善が認められた。以上の結果から，細いCNT紡績糸を束にし，強化剤を選択すれば大きな重量エネルギー密度を貯蔵でき，CNTは機械的エネルギーの貯蔵材料として有望である。
|
