| 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 | ハイブリッドキャパシタ / 酸化黒鉛 / 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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| 研究実績の概要 |
完全放電したフッ化黒鉛（GF）/Li電池ならびに酸化黒鉛（GO）/Li電池はハイブリッドキャパシタとして充放電可能である（それぞれGF/Liキャパシタ、GO/Liキャパシタと呼ぶ）。GO/LiキャパシタはGF/Liキャパシタに比べて容量・エネルギー密度は優れているが、前者は内部抵抗についてEDLCや後者よりも高い傾向にある。本研究では、GOと単層カーボンナノチューブ（SWCNT）との複合化によって内部抵抗を低減し、さらにはその複合化率を最適化することでGO/Liキャパシタの更なる高性能化を目指した。
R3年度（初年度）において、重量比80 : 20の比率でHummers法GO粉末とSWCNT（SG101）を複合化した電極を用いると、GO/Liキャパシタの内部抵抗を低減し、体積比容量を改善できることを明らかにした。さらに、テトラグライム系電解液を用いると、Liイオン電池によく使われるエチレンカーボネート・エチルメチル混合系電解液に比べてキャパシタとしての放電容量が改善されることも見出した。
R4年度は、GO/SWCNT複合電極とテトラグライム系電解液を組み合わせることが、低抵抗化と体積比容量（エネルギー密度）の改善の両方に関して、より一層効果的であることを明らかにした。また、GO/Liキャパシタの充放電機構を解析すべく、オペランド分析用充放電セルを作製し、動作確認を行った。
R5年度（最終年度）では、充放電時のオペランド分析を中心に研究を行った。その結果、オペランド内部圧力変化・ガス分析によって、テトラグライム系電解液を用いた場合にはカーボネート系に比べてガス発生が少ないことが分かった。電解液の分解の程度が小さいことがテトラグライム系電解液を用いることの効果の一因となっていることが分かった。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、フッ化黒鉛/Liキャパシタとは異なり、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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