| 研究課題/領域番号 |
21J15515
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分21010:電力工学関連
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| 研究機関 | 秋田大学 |
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研究代表者 |
江口 卓弥 秋田大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2021年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
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| キーワード | Liイオンキャパシタ / エネルギー密度 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
Liイオン電池の負極と電気二重層キャパシタの正極を組み合わせたLiイオンキャパシタ(LIC)は有望な蓄電デバイスとして期待され、蓄電技術の発展には、LICの高エネルギー密度化が望まれている。本研究では超高エネルギー密度なLICを開発を目指す。LICの充放電電圧範囲の拡大はエネルギー密度の向上が期待できる。そのために、Si負極系LICを従来の充放電電圧範囲よりも広い充放電電圧範囲で動作させた際の電極の電気化学的な状態を明らかにする。そして、充放電電圧範囲の拡大を妨げている電極での主な原因を明確にし、その原因を基に電極を改良することで充放電電圧を広範囲化したLICを開発する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では正極の活物質に高比表面積活性炭、負極の活物質にSiを用いた超高エネルギー密度のLiイオンキャパシタを開発した。充放電電圧範囲の拡大と正負極の活物質質量比の増加により、Si負極の未利用容量を最小化し、Liイオンキャパシタのエネルギー密度を最大化した。1.0-4.3V充放電電圧範囲で正負極の活物質質量比を高く設計することで、Liイオンキャパシタは最大400Wh/kg（両電極の活物質質量で換算）のエネルギー密度に到達した。また、出力密度6kW/kgで200Wh/kgを維持しており、優れたレート特性を示した。しかし、サイクル安定性は低く、1000サイクル後にLiイオンキャパシタのエネルギー密度は79.9%減少することを確認した。このサイクル性能は、負極の使用可能容量を抑制することで改善された。具体的には、充放電電圧範囲と活物質の質量比を小さくすることで安定したサイクル性能が得られた。低いエネルギー密度（～180Wh/kg）を受け入れた場合、2000サイクル後に～1kW/kgの高出力密度でエネルギー密度は88.6％が保持することができた。正極の活物質に高比表面積活性炭、負極の活物質にSiを採用したLiイオンキャパシタは高エネルギー密度と高出力密度の両方満たすことができることを証明した。更に、劣化後の電極の分析により、負極ではSi粒子の剥離とLiFを主成分とする厚い不働態SEI層（60 nm）の形成が起こり、これがサイクル性能の劣化の主な原因であることが示された。Liイオンキャパシタのエネルギー密度（300Wh kg-1以上）を持続的に維持するためには、Liイオンの挿入・排出の繰り返しに対してSi負極を構造的に安定化させる必要があることが明らかになった。
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| 現在までの達成度 (段落) |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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