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2020 年度 実績報告書

フレキシブル全固体薄膜二次電池の実現に向けたグラファイト負極の革新合成技術

研究課題

研究課題/領域番号 18K18844
研究機関筑波大学

研究代表者

都甲 薫  筑波大学, 数理物質系, 准教授 (30611280)

研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2021-03-31
キーワード多層グラフェン / 二次電池
研究実績の概要

電気自動車や携帯機器のバッテリーの革新を目指し、二次電池の全固体化・薄膜化の研究が活発化している。中でも、軽くて柔らかい「フレキシブル全固体薄膜二次電池」は、どこにでも設置できることに加え、積層による高性能化が容易であり、「究極の電池形態」といえる。その実現のための要素技術として、負極材料であるグラファイト薄膜(厚い多層グラフェン)をプラスチック上に合成し、バルク・グラファイト級の負極特性を実証することを目指す。
これまで、8種の金属と非晶質炭素の「層交換」により、ガラス基板上にグラファイト薄膜を低温で合成することに成功した。特に前年度においては、層交換の熱処理雰囲気がグラファイトの合成温度に与える影響を調査した結果、非晶質炭素を成膜後に大気暴露することなく熱処理することによって、プラスチック(ポリイミド)の耐熱温度(400 ℃)以下におけるグラファイト合成に成功した。また、層交換の初期位置を逆にした「逆層交換」により、グラファイト/集電体(Ni)/プラスチック構造の合成に成功し、グラファイト薄膜の優れた負極特性を実証した。
本年度においては負極特性のさらなる向上を目指し、グラファイト薄膜の合成条件と負極特性の相関を調査した。その結果、低温合成したグラファイトではバルク・グラファイトを上回る充放電容量が得られ、さらに優れた容量維持率(サイクル特性)を示すことが明らかとなった。以上、本研究では当初の研究計画を完遂したことに加え、目標を上回る負極性能を実証した。炭素負極を用いたフレキシブル二次電池の実現につながる成果である。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Multilayer Graphene Battery Anodes on Plastic Sheets for Flexible Electronics2020

    • 著者名/発表者名
      H. Murata Y. Nakajima, Y. Kado, N. Saitoh, N. Yoshizawa, T. Suemasu, and K. Toko
    • 雑誌名

      ACS Applied Energy Materials

      巻: 3 ページ: 8410

    • DOI

      10.1021/acsaem.0c01030

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Impact of the carbon membrane inserted below Ni in the layer exchange of multilayer graphene2020

    • 著者名/発表者名
      H. Murata, N. Saitoh, N. Yoshizawa, T. Suemasu, and K. Toko
    • 雑誌名

      CrystEngComm

      巻: 22 ページ: 3106

    • DOI

      10.1039/D0CE00394H

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 350 °C synthesis of high-quality multilayer graphene on an insulator using Ni-induced layer exchange2020

    • 著者名/発表者名
      H. Murata, K. Nozawa, N. Saitoh, N. Yoshizawa, T. Suemasu, and K. Toko
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 13 ページ: 55502

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ab839d

    • 査読あり
  • [学会発表] 層交換多層グラフェンの二次電池特性における合成温度効果2021

    • 著者名/発表者名
      鈴木大成, 村田博雅, 加登裕也, 吉澤徳子, 末益崇, 都甲薫
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Ni-Induced Layer Exchange of Multilayer Graphene on Plastic Substrate for Flexible Rechargeable Battery Anode2020

    • 著者名/発表者名
      Hiromasa Murata, Takashi Suemasu, Kaoru Toko
    • 学会等名
      2020 International Conference on Solid State Devices and Materials
    • 国際学会

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公開日: 2021-12-27  

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