| 研究課題/領域番号 |
18F18369
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| 研究機関 | 弘前大学 |
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研究代表者 |
官 国清 弘前大学, 地域戦略研究所, 教授 (90573618)
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| 研究分担者 |
PATIL AMAR MARUTI 弘前大学, 地域戦略研究所, 外国人特別研究員
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| 研究期間 (年度) |
2018-11-09 – 2021-03-31
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| キーワード | スーパーキャパシタ / 擬似容量性電極材料 / エネルギー密度 / パワー密度 / サイクル安定性 / 非対称スーパーキャパシタ装置 |
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| 研究実績の概要 |
スーパーキャパシタ用擬似容量性電極材料のエネルギー密度及び長期サイクル安定性の改善に向けて、前年度で得られた電極材料を改良した上、二種類の疑似容量性金属酸化物電極の開発及びスーパーキャパシタデバイスの試作と性能評価を行った。
（１） 正極材料rGO/V2O5@RuO2と負極材料rGO/WO3.0.5H2O@Cu2S （rGO：還元グラフェン酸化物）の合成とそれらを用いたスーパーキャパシタの試作と性能評価：水熱合成方法を用いて得られた最適なrGO/V2O5@RuO2とrGO/WO3.0.5H2O@Cu2S 電極はそれぞれ比容量は910.06F/g と930.33 F/gに達した。また、それらの電極材料を用いて試作したスーパーキャパシタは5mV/sで95.31F/gの高い比静電容量、38.86Wh/kgのエネルギー密度、1.295kW/kg（20 mA）の電力密度、および10000回の充放電サイクルでも87.7％の容量維持を示した。
（２）正極材料MWCNT/RuO2/HGFと負極材料m-WO3/Mxene/HGF（MWCNT：多層カーボンナノチューブ；HGF:グラフェンフォーム）の合成とそれらを用いたスーパーキャパシタの試作と性能評価：新規合成法を開発し、最適なMWCNT/RuO2/HGFとm-WO3/Mxene/HGF電極材料を得た。それらを用いて製造された非対称スーパーキャパシタデバイスは、5mV/sで118F/gの最高の比静電容量、552W/kgの電力密度、21.52Wh/kgのエネルギー密度を達成した。また、そのスーパーキャパシタデバイスは優れた電気化学サイクルの安定性を示し、10000回の急速な充電/放電サイクル後にも93.3％の容量を保持した。さらに、このデバイスはさまざまな電子ガジェットを発光させ、幅広いアプリケーションでの実用性を検証した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
一年間、前年度で得られた電極材料を改良した上、さらに二つシリーズの高性能な擬似容量性電極材料を開発した。それらの正負電極材料が異なるポリマーゲル電解質と組み合わせて作製した全固体非対称スーパーキャパシタは、電気化学的性能の向上を示した。 また、非対称スーパーキャパシタの電気化学的性能は、両側の電極材料、電極の表面形態、集電体、および電解質に依存することが明らかにした。 さらに、正極と負極の両方に金属硫化物とMxeneをコーティングすることにより、電極の制限が大きく超えたことも発見した。本年度には2編の高レベル論文を投稿し、1編が掲載した。
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| 今後の研究の推進方策 |
これから、新規擬似容量性電極材料の開発、非対称スーパーキャパシタ装置の組み立て、及び固体電解質の開発と最適化などを行う。また、非対称スーパーキャパシタ装置のエネルギー密度およびパワー密度の限界を突破するため、電解質の開発も注力する。特に非対称スーパーキャパシタ装置に使える高性能な固体電解質の開発を行う。
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