| 研究課題/領域番号 |
10555266
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 展開研究 |
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| 研究分野 |
化学工学一般
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
宮原 稔 京都大学, 工学研究科, 助教授 (60200200)
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| 研究分担者 |
東谷 公 京都大学, 工学研究科, 教授 (10039133)
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| 研究期間 (年度) |
1998 – 1999
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| 研究課題ステータス |
完了 (1999年度)
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| 配分額 *注記 |
7,900千円 (直接経費: 7,900千円)
1999年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
1998年度: 6,500千円 (直接経費: 6,500千円)
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| キーワード | 活性炭 / 電気二重層キャパシタ / 充放電速度過程 / エネルギ回生 / Nernst-Planck式 / ナノ細孔 / 静電容量 / Electric Capacity |
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| 研究概要 |
本研究では、エネルギ回生デバイスとして有望と期待される活性炭キャパシタについて、汎用的に、種々の目的に応じた設計・意思決定を可能とするような手法の開発を目指し、平衡論的および速度論的視点の両面から、電気二重層キャパシタ充放電特性を検討し、以下の研究成果を得た。
1.細孔評価:賦活度の異なる高比表面積活性炭を主対象に、ナノ領域の細孔径、ミクロ孔表面積を同定した。その結果、細孔径は0.6nmから1.0nm強の、水和イオン同程度の細孔径を有することがわかった。
2.平衡論的検討:定電流充放電実験による見かけの容量は平衡論の基礎となり得ない。本研究では、電位ステップ変動に対応する電気量変化を追跡し、真の容量を、種々の活性炭について測定することに成功した。その結果、静電容量は、同一表面積を持つ活性炭素繊維と比して顕著に高く、表面状態のランダム性が容量発現に多大に寄与していることが明らかとなった。容量値の検討から、イオンは水和水を介して表面に配位するものと推定された。
3.速度過程解析:成型状態の活性炭電極内部の移動抵抗を把握するため、オンライン実験系を構築して上で、電位変動時の応答電流を追跡した。個々のイオンの挙動をNernst-Planck式により表現し、さらに固相抵抗を組み込んだ速度モデルを検討し、充放電挙動を良好に表現可能なモデル構築に成功した。速度過程の時定数から、水和イオン径に極めて近い細孔径を境に、イオン移動度が極めて顕著な変化を示すことがわかり、立体的障害に起因するものと推定された。また、種々の抵抗が総合的充放電能力に与える影響を予測することが可能となった。
以上の全ての検討により、平衡論と速度論に立脚した総合的キャパシタ充放電挙動予測モデルの構築に成功し、これに基づく数値シュミレーション検討を通じ、活性炭キャパシタ設計手法としての有効性を示した。
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