単層カーボンナノチューブ薄膜を使用した高性能リチウムイオンキャパシタ正極の開発

• 研究課題/領域番号: 23686092
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 無機材料・物性
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 佐藤 義倫 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (30374995)
• 研究協力者: 伊藤 隆 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 准教授 ; 利根川 敏 NECトーキン株式会社, 部長 ; 羽藤 之規 NECトーキン株式会社, シニアエキスパート ; 宮川 里咲 NECトーキン株式会社, 主任
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 23,530千円 (直接経費: 18,100千円、間接経費: 5,430千円); 2013年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2012年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2011年度: 18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円)
• キーワード: 表面・界面物性 / 単層カーボンナノチューブ / 蓄電池 / リチウムイオンキャパシタ / 電気二重層

研究概要

カルボキシル基を持つ高結晶性単層カーボンナノチューブ薄膜を正極に用いたリチウムイオンキャパシタの特性を調べた。キャパシタの容量は高レートでの低下が少なく、過充電では静電容量の低下、内部抵抗の上昇を抑えられた。単層カーボンナノチューブの静電容量が大きくなれば、高性能なリチウムイオンキャパシタを作製できる。一方で、過放電ではリチウムイオンキャパシタの特性が低下する。今後は過放電時の単層カーボンナノチューブ電極で起きている現象を明らかにする。
アミノ化単層カーボンナノチューブ電極の水系電解質電気二重層キャパシタ特性がカルボキシル化単層カーボンナノチューブ電極のものより優れていることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Structure-property relationships in thermally-annealed multi-walled carbon nanotubes (2014)
  • 著者名/発表者名: G. Yamamoto, K. Shirasu, Y. Nozaka, Y. Sato, T. Takagi, T. Hashida
  • 雑誌名: Carbon 巻: Vol.66 ページ: 219-226
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2013.08.061
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural and Electrochemical Characterization of Ethylenediaminated Single-Walled Carbon Nanotubes Prepared from Fluorinated SWCNTs (2014)
  • 著者名/発表者名: Kohei Bushimata, Shin-ichi Ogino, Kazutaka Hirano, Tatsuhiro Yabune, Kenta Sato, Takashi Itoh, Kenichi Motomiya, Koji Yokoyama, Daiki Mabuchi, Hikaru Nishizaka, Go Yamamoto, Toshiyuki Hashida, Kazuyuki Tohji, Yoshinori Sato
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: accepted
  • 査読あり
• [雑誌論文] ラット軟組織内における親水基修飾多層カーボンナノチューブの長期間生体持続性の評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤義倫
  • 雑誌名: 東北大学大学院環境科学研究科ニュースレター 巻: 15, 6(pdf,依頼論文)
  • URL: http://www.kankyo.tohoku.ac.jp/newsletter/gses-news_no15
• [雑誌論文] Long-term biopersistence of tangled oxidized carbon nanotubes inside and outside macrophages in rat subcutaneous tissue (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato, A. Yokoyama, Y. Nodasaka, T. Kohgo, K. Motomiya, H. Matsumoto, E. Nakazawa, T. Numata, M. Zhang, M. Yudasaka, H. Hara, R. Araki, O. Tsukamoto, H. Saito, T. Kamino, F. Watari, K. Tohji
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 3 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1038/srep02516
  • 査読あり
• [雑誌論文] Helicity Selective Photoreaction of Single-walled Carbon Nanotubes with Organosulfur Compounds in the Presence of Oxygen (2013)
  • 著者名/発表者名: Maeda, Y.; Higo, J.; Amagai, Y.; Matsui, J.; Ohkubo, K.; Yoshigoe, Y.; Hashimoto, M.; Eguchi, K.; Yamada, M.; Hasegawa, T.; Sato, Y.; Zhou, J.; Lu, J.; Miyashita, T.; Fukuzumi, S.; Murakami, T.; Tohji, K.; Nagase, S; Akasaka, T.
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 135 号: 16 ページ: 6356-6362
  • DOI: 10.1021/ja402199n
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aryl Iodides as Strong Inhibitor for Gold and Gold-Based Bimetallic quasi-Homogeneous Catalysis (2013)
  • 著者名/発表者名: R. N. Dhital, C. Kamonsatikul, E. Somsook, Y. Sato, H. Sakurai
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 49 号: 25 ページ: 2542-2544
  • DOI: 10.1039/c3cc39019e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of the structure of the nanotube on the mechanicalproperties of binder-free multi-walled carbon nanotube solids (2012)
  • 著者名/発表者名: Y.Sato, H.Nishizaka, S.Sawano, A.Yoshinaka, K.Hirano, S.Hashiguchi, T.Arie, S.Akita, G.Yamamoto, T.Hashida, H.Kimura, K.Motomiya, K.Tohji
  • 雑誌名: Carbon 巻: 50 号: 1 ページ: 34-39
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2011.07.047
  • 査読あり
• [雑誌論文] カーボンナノチューブ固化体の高機能高強度特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐藤義倫
  • 雑誌名: セラミックスデータブック2011 巻: 39(依頼論文)(ISBN4-905959-93-X)
• [雑誌論文] カーボンナノチューブ‐ホウ素焼結体中に含まれる無定形ホウ素と炭化ホウ素の形態別分離定量 (2011)
  • 著者名/発表者名: 石黒三岐雄,佐藤義倫,田路和幸,我妻和明
  • 雑誌名: 分析化学 巻: 60 号: 10 ページ: 807-811
  • DOI: 10.2116/bunsekikagaku.60.807
  • NAID: 10029482363
  • ISSN: 0525-1931
  • 査読あり
• [雑誌論文] Boron-Assisted Transformation to Rod-Like Graphitic Carbons from Multi-Walled Carbon Nanotubes in Boron-Mixed Multi-Walled Carbon Nanotube Solids (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Sato, Hikaru Nishizaka, Kenichi Motomiya, Go Yamamoto, Akira Okubo, Hisamichi Kimura, Mikio Ishikuro, Kazuaki Wagatsuma, Toshiyuki Hashida, Kazuyuki Tohji
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 3巻 号: 7 ページ: 2431-2439
  • DOI: 10.1021/am200335n
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural and Electrochemical Characterization of Ethylenediaminated Single-Walled Carbon Nanotubes Prepared from Fluorinated SWCNTs
  • 著者名/発表者名: K. Bushimata, S.–I. Ogino, K. Hirano, T. Yabune, K. Sato, T. Itoh, K. Motomiya, K. Yokoyama, D. Mabuchi, H. Nishizaka, G. Yamamoto, T. Hashida, K. Tohji, Y. Sato
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: (Accepted)
  • 査読あり
• [学会発表] フッ素化カーボンナノチューブを用いた機能材料開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐藤義倫
  • 学会等名: 日本材料学会ナノ材料部門委員会 2013年度 第2回講演会
  • 発表場所: 京都府、京都市
  • 招待講演
• [学会発表] In vivo long-term biopersistence of tangled oxidized multi-walled carbon nanotubes inside and outside macrophages in rat subcutaneous tissue (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato, A. Yokoyama, K. Motomiya, H. Matsumoto, E. Nakagawa, T. Kamino, T. Numata, M. Yudasaka, K. Tohji
  • 学会等名: 3rd Nano Today Conference
  • 発表場所: Republic of Singapore, Singapore(Poster)
  • 年月日: 2013-12-11
• [学会発表] Tensile Strength of Individual Multi-Walled Carbon Nanotube Constituting MWCNT Fiber (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Suzuki, Y. Sato, G. Yamamoto, K. Motomiya, T. Hashida, K. Tohji
  • 学会等名: 3rd Nano Today Conference
  • 発表場所: Republic of Singapore, Singapore(Poster)
  • 年月日: 2013-12-09
• [学会発表] Properties of electric double layer capacitors using aminated single-walled carbon nanotube electrode (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Bushimata, Y. Sato, K. Hirano, T. Yabune, T. Itoh, K. Motomiya, H. Ishida, K. Tohji
  • 学会等名: 2013 MRS Fall Meetings
  • 発表場所: USA, Boston(Poster)
  • 年月日: 2013-12-04
• [学会発表] 長期間によるラット軟組織内のマクロファージ内外に存在する酸素含有官能基修飾多層カーボンナノチューブの生体持続性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤義倫,横山敦郎,中澤英子,沼田朋子,湯田坂雅子,本宮憲一,田路和幸
  • 学会等名: 公益社団法人日本セラミックス協会第26回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 長野県,長野市(Oral)
  • 年月日: 2013-09-05
• [学会発表] フッ素化カーボンナノチューブを用いた機能材料開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤義倫
  • 学会等名: 日本材料学会ナノ材料部門委員会2013年度第2回講演会
  • 発表場所: 京都府,京都市(Oral; Invited talk)
  • 年月日: 2013-03-18
• [学会発表] 長期間による胸部軟組織に埋入された親水性多層カーボンナノチューブの構造評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤義倫
  • 学会等名: ライフサイエンス分野シンポジウムバイオマテリアルの新展開
  • 発表場所: 愛知県,名古屋市愛知県,名古屋市
  • 年月日: 2013-01-29
• [学会発表] Properties of electric double layer capacitors using aminated single-walled carbon nanotube electrodes (2013)
  • 著者名/発表者名: Kohei Bushimata, Yoshinori Sato, Kazutaka Hirano, Tatsuhiro Yabune, Takashi Itoh, Kenichi Motomiya, Hideki Ishida, Kazuyuki Tohji
  • 学会等名: 2013 MRS Fall Meetings
  • 発表場所: United States of America, Boston
• [学会発表] Tensile Strength of Individual Multi-Walled Carbon Nanotube Constituting MWCNT Fiber (2013)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Suzuki, Yoshinori Sato, Go Yamamoto, Kenichi Motomiya, Toshiyuki Hashida and Kazuyuki Tohji
  • 学会等名: 3rd Nano Today Conference
  • 発表場所: Republic of Singapore, Singapore
• [学会発表] In vivo long-term biopersistence of tangled oxidized multi-walled carbon nanotubes inside and outside macrophages in rat subcutaneous tissue (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Sato, Atsuro Yokoyama, Kenichi Motomiya, Hiroaki Matsumoto, Eiko Nakagawa, Takeo Kamino, Tomoko Numata, Masako Yudasaka, Kazuyuki Tohji
  • 学会等名: 3rd Nano Today Conference
  • 発表場所: Republic of Singapore, Singapore
• [学会発表] 長期間によるラット軟組織内のマクロファージ内外に存在する酸素含有官能基修飾多層カーボンナノチューブの生体持続性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤義倫、横山敦郎、中澤英子、沼田朋子、湯田坂雅子、本宮憲一、田路和幸
  • 学会等名: 公益社団法人日本セラミックス協会 第26回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 長野県、長野市
• [学会発表] Structural characterization of oxidized multi-walled carbon nanotubes in and outside of the macrophage of the rat subcutaneous tissue over 2 years in vivo (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato, A. Yokoyama, K. Motomiya, E. Nakagawa, T. Numata, M. Yudasaka, K. Tohji
  • 学会等名: small sciences symposium : Frontiers in Nanomedicine
  • 発表場所: Republic of Singapore, Singapore(Poster)
  • 年月日: 2012-12-12
• [学会発表] 長期間による胸部軟組織に埋入された親水性多層カーボンナノチューブの構造評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐藤義倫,横山敦郎,中澤英子, Zhang Minfang,湯田坂雅子,本宮憲一,田路和幸
  • 学会等名: 第39回炭素材料学会年会
  • 発表場所: 長野県,長野市(Oral)
  • 年月日: 2012-11-29
• [学会発表] 長期間による胸部軟組織のマクロファージ内での化学修飾多層カーボンナノチューブの構造変形 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐藤義倫,横山敦郎,中澤英子, Zhang Minfang,湯田坂雅子,本宮憲一,田路和幸
  • 学会等名: 第43回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 宮城県,仙台市(Poster)
  • 年月日: 2012-09-06
• [学会発表] Are functionalized multi-walled carbon nanotubes biodegraded within the living body? (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato, A. Yokoyama, E. Nakagawa, T. Kamino, M. Zhang, M. Yudasaka, K. Motomiya, K. Tohji
  • 学会等名: NT12: 13th International Conference on the Science and Application of Nanotubes
  • 発表場所: Australia, Brisbane(Poster)
  • 年月日: 2012-06-25
• [学会発表] Are functionalized multi-walled carbon nanotubes biodegraded within the living body?
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Sato, Atsuro Yokoyama, Eiko Nakagawa, Takeo Kamino, Minfang Zhang, Masako Yudasaka, Kenichi Motomiya, Kazuyuki Tohji
  • 学会等名: NT12: 13th International Conference on the Science and Application of Nanotubes
  • 発表場所: Brisbane、Australia
• [学会発表] 長期間による胸部軟組織のマクロファージ内での化学修飾多層カーボンナノチューブの構造変形
  • 著者名/発表者名: 佐藤義倫、横山敦郎、中澤英子、Zhang Minfang、湯田坂雅子、本宮憲一、田路和幸
  • 学会等名: 第43回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 仙台市、宮城県
• [学会発表] 長期間による胸部軟組織に埋入された親水性多層カーボンナノチューブの構造評価
  • 著者名/発表者名: 佐藤義倫、横山敦郎、中澤英子、Zhang Minfang、湯田坂雅子、本宮憲一、田路和幸
  • 学会等名: 第39回炭素材料学会年会
  • 発表場所: 長野市、長野県
• [学会発表] Structural characterization of oxidized multi-walled carbon nanotubes in and outside of the macrophage of the rat subcutaneous tissue over 2 years in vivo
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Sato, Atsuro Yokoyama, Kenichi Motomiya, Eiko Nakagawa, Tomoko Numata, Masako Yudasaka, Kazuyuki Tohji
  • 学会等名: small sciences symposium: Frontiers in Nanomedicine
  • 発表場所: Mandarin Orchard Hotel、Orchard Road、Singapore
• [学会発表] 長期間による胸部軟組織に埋入された親水性多層カーボンナノチューブの構造評価
  • 著者名/発表者名: 佐藤 義倫
  • 学会等名: ライフサイエンス分野シンポジウム バイオマテリアルの新展開
  • 発表場所: 名古屋市、愛知県
  • 招待講演
• [備考] ラット軟組織内における多層カーボンナノチューブの長期間生体持続性を評価（東北大学）
  • URL: http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2013/09/press20130902-01.html
• [備考] 東北大、生体内に移植したＣＮＴが長期安定することをラットで実証（日刊工業新聞）
  • URL: http://www.nikkan.co.jp/news/nkx0720130905eaah.html
• [備考] 東北大など、ラット軟組織内における多層カーボンナノチューブの長期間生体持続性を評価（日本経済新聞）
  • URL: http://release.nikkei.co.jp/detail.cfm?relID=344526&lindID=5
• [備考] "small sciences symposium"でのポスター賞受
  • URL: http://ncsimd.kankyo.tohoku.ac.jp/