| 研究課題/領域番号 |
21K05255
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分36020:エネルギー関連化学
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| 研究機関 | 群馬大学 |
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研究代表者 |
白石 壮志 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (40292627)
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| 研究分担者 |
畠山 義清 群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (90633313)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | 酸化黒鉛 / ハイブリッドキャパシタ / X線吸収分析 / リチウム電池 / キャパシタ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
グラフェン、酸化グラフェンといった二次元系炭素ナノ材料は、高い理論的比表面積等の特徴的なナノ構造を有するため二次電池・電気化学キャパシタの電極材として国内外で活発に研究されている。しかしながら、既存のキャパシタ用の活性炭電極と比べた場合、学術的に興味深い点はあるものの、必ずしも蓄電デバイス用電極として優れているとは言えなかった。本研究代表者は、このような問題を考慮した上で、古くからよく知られているクラシックカーボンの一つである「酸化黒鉛」に注目して新規の電気化学キャパシタの系を提案し、本研究において基礎特性の把握、充放電機構の解明、ならびに更なる高性能化を目指す。
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| 研究成果の概要 |
酸化黒鉛（GO）/Li電池は初回放電後にはハイブリッドキャパシタ（GO/Liキャパシタ）として機能するが、（１）内部抵抗が大きい、（２）更なる容量（エネルギー密度）の向上、（３）正極の充放電機構の解明という三つの課題があった。本研究では、GOと単層カーボンナノチューブ（SWCNT）との複合化、複合化率の最適化、電解液溶媒にエーテル系溶媒（テトラグライム）を選択することで、GO/Liキャパシタの低抵抗化と容量（エネルギー密度）の改善をおこなうことができた。また、オペランド厚み測定・ X線吸収分析の結果、GO/Liキャパシタでは、正極における吸脱着種はアニオンであることが示唆された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
酸化黒鉛、酸化グラフェンといった共有結合性酸素系黒鉛層化合物は、電子伝導性が低いため、電極材料として電気化学的応用を指向する場合には還元処理が必要であった。しかし、本研究では、酸化黒鉛、酸化グラフェンの電極をそのまま二次的な処理をすることなく、充放電可能な蓄電デバイスの電極として利用できることを実証した。このことは、単に電気化学キャパシタの発展という観点だけでなく、酸化黒鉛、酸化グラフェンの応用の範囲を広げるという側面をもっていることが特徴である。
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