2016 Fiscal Year Annual Research Report

Fabrication of carbon materials with hierarchical porous structure from poly(vinyl alcohol)

Research Project

Project/Area Number	26289290
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	長嶺信輔京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30335583)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	引間悠太京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50721362) 大嶋正裕京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60185254)
Project Period (FY)	2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords	カーボン / ナノファイバー / 多孔質材料 / 静電紡糸法 / 電気二重層キャパシタ
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、安価な水溶性高分子であるポリビニルアルコール（PVA）を原料とした、階層的細孔構造を有するカーボン材料のクリーンな作製法の開発を行っている。平成27年度までに、PVAと炭化促進剤であるリン酸二アンモニウム（DAP）、ドデシル硫酸ナトリウム（SDS）の混合水溶液の静電紡糸、炭化により、DAPとSDSの熱分解により生成する塩粒子を鋳型とした100 nm径の球状の細孔を有するカーボンナノファイバーが得られることを見出した。また、このカーボンナノファイバーの電気二重層キャパシタ（EDLC）電極としての性能を評価し、ナノファイバー内部への細孔構造が、電極内の電解質の拡散に有利に働き、高速充放電時の静電容量低下を抑制できる可能性を示した。平成28年度には、上記の炭化促進と細孔構造付与の両方の効果を期待し、リン酸系界面活性剤モノドデシルリン酸ナトリウム（SMDP）を添加したPVA水溶液からの多孔質カーボンナノファイバーの作製を試みた。PVA/SMDP水溶液を静電紡糸し、得られたナノファイバーを空気雰囲気下での熱処理により不融化した後、窒素雰囲気下で炭化し、カーボンナノファイバーを得た。SMDP濃度（2～4wt%）および炭化前の不融化温度（250～350℃）を調整することで、1000 m2/g以上の比表面積を持つ多孔質カーボンナノファイバーを作製することができた。SMDP濃度が低い、あるいは不融化温度が低いときには、PVAの不融化が十分進行していないため、ナノファイバー間に融着が見られた。また比表面積はSMDP濃度に対して単調に増加せず、3wt%で極小値を持つという結果が得られた。高SMDP濃度においてはSMDPの分解により生じた塩が細孔構造形成の鋳型として働くのに対し、低SMDP濃度では、不融化が不十分な箇所が熱分解し細孔が生じたものと考えられる。
Research Progress Status	28年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	28年度が最終年度であるため、記入しない。
Causes of Carryover	28年度が最終年度であるため、記入しない。
Expenditure Plan for Carryover Budget	28年度が最終年度であるため、記入しない。