| 研究課題/領域番号 |
15K14153
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
本間 格 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (90181560)
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| 研究分担者 |
永村 直佳 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 研究員 (40708799)
笘居 高明 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (80583351)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | エネルギー / 結晶工学 / ナノ材料 / 有機結晶 / キャパシタ |
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| 研究実績の概要 |
エネルギー貯蔵デバイス分野において、近年有機材料の電池電極活物質への適用が積極的に検討されている。本研究では、結晶材料構造学に基づいた有機電極活物質電極の設計指針を確立することを目的とする。
本年度においては、まず前年度にin-situ Ｘ線回折にて見出された充放電サイクル進行時の結晶成長に起因する未反応有機活物質の比率増加と、実際の充放電反応容量の相関について検討を行った。ＡＱ（アントラキノン）を活性炭に高比率で担持させた電極の充放電反応では、1000サイクル後の充放電容量が理論容量の40%程度維持されているにもかかわらず、XRDの解析結果では、ほぼ全ての活物質が未反応状態で存在している、というずれがあった。そこで熱重量測定を行ったところ、活性炭に担持させた50%程度のＡＱがナノ細孔中で安定化していることが示唆された。この、活性炭のナノ細孔中に存在し、明確なXRDパターンを示さないナノサイズの有機活物質結晶が長期安定性を呈していると考えられ、結晶成長に起因する未反応有機活物質の比率増加が生じて、有機活物質の長期安定性が失われるとする仮説が支持された。
さらに、このナノ細孔中に格納した有機活物質を、近年開発の進むフローキャパシタに適用した。フローキャパシタは水系電解液中に活性炭を分散して作製したスラリーをフローさせながら充放電を行うエネルギー貯蔵デバイスであり、低コストで作製が可能で、高入出力特性、長寿命性に優れ、安全性が極めて高いことがその特長である一方、スラリーの容量が小さいことが実用化に向けた課題となっていた。本研究では前述のナノ細孔中に格納した有機活物質の適用により、フローキャパシタスラリーのエネルギー密度の倍増に成功した。
以上、本研究を通じ、有機電極活物質構造と相関した設計指針の構築、さらにはその適用が有効な次世代型エネルギー貯蔵デバイスの提案を行うことが出来た。
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