| 研究課題/領域番号 |
15K05925
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| 研究機関 | 秋田大学 |
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研究代表者 |
熊谷 誠治 秋田大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00363739)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 電気二重層キャパシタ / 活性炭 / メソ孔 / 電解液 / イオン液体 |
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| 研究実績の概要 |
マイクロ孔とメソ孔の比率が制御された複数種の活性炭粉末を準備した。活性炭粉末に対して，バインダと導電助剤を添加し，均一の厚さのシートに加工した。それを円形に2枚打ち抜き，それを電気二重層キャパシタ（EDLC）セルの正負極に使用した。電解液としてイオン液体の1-エチル-3-メチルイミダゾリウム・テトラフルオロボレート（EMIM･BF4）を使用した。
充放電試験システムを利用して，EDLC電極に加工された活性炭の静電容量を評価した。また，インピーダンス分析システムを利用して，周波数が10 mHz ～100 kHzの交流電圧をEDLCセルに印加し，インピーダンス実数部と虚数部の関係を示すナイキストプロットを得た。それにより，静電容量の周波数依存性，さらには，電解液抵抗や細孔内部の電荷移動など，内部抵抗の発生源に関する情報を収集した。
一般的な有機系電解液より粘度の高いイオン液体を電解液に使用した場合，活性炭のメソ孔比率が高くなると，低いセル電圧では小さな静電容量が，高いセル電圧では大きな静電容量が得られた。すなわち，メソ孔が発達した活性炭の静電容量に強い電界依存性が確認された。インピーダンス分析を実施した結果，低いセル電圧においては，電解液と活性炭の界面における抵抗，電解液のバルク層の抵抗，拡散層における拡散抵抗が高いことが分かった。また，セル電圧が増加するに従い，それら抵抗は減少することが分かった。一方，メソ孔比率が低い活性炭では，静電容量の電界依存性および上記抵抗のセル電圧依存性も小さかった。以上のことから，メソ孔比率が高い活性炭の場合，細孔におけるイオンの吸着トラップ効果が期待できず，セル電圧または電界の影響が顕著に現れることが分かった。すなわち，メソ孔比率の高い活性炭を使用するメリットは，高電圧動作にあることが分かった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初実施計画であったメソ多孔性の異なる活性炭のイオン液体中における静電容量，さらには，電解液抵抗や細孔内部の電荷移動など，内部抵抗の発生源に関する情報を収集することができ，さらに，イオン液体の1-エチル-3-メチルイミダゾリウム・テトラフルオロボレート（EMIM･BF4）が用いられた場合における活性炭のメソ多孔性，静電容量，さらには内部抵抗の相関を総合的に解析することができたため
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| 今後の研究の推進方策 |
異なる種類のイオン液体における活性炭の静電容量および内部抵抗に及ぼすメソ多孔性の影響について検討する。高い導電率が期待できるイミダゾリウム系のイオン液体と中心に，アニオン種の異なる1-エチル-3-メチルイミダゾリウム・ビストリフルオロメタンスルホニルイミド（EMIM･TFSI）や1-エチル-3-メチルイミダゾリウム・ビスフルオロスルホニルイミド（EMIM･FSI）などを使用する。
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