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2019 年度 実績報告書

Mgイオンをキャリアとする新規キャパシタの創製

研究課題

研究課題/領域番号 18K19133
研究機関長崎大学

研究代表者

森口 勇  長崎大学, 工学研究科, 教授 (40210158)

研究分担者 瓜田 幸幾  長崎大学, 工学研究科, 准教授 (40567666)
研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2020-03-31
キーワード多孔カーボン / ミクロ細孔 / メソ細孔 / 階層構造 / 電気二重層 / キャパシタ / Liイオン / Mgイオン
研究実績の概要

本研究では,カーボンミクロ細孔空間でのイオン脱溶媒和を活用した容量増大,さらに多価イオン塩を電解質に用いることによるさらなる高容量化,の相乗的な効果による新しいアプローチにより,既往研究の高比表面積化では理論的に実現不可能な革新的な高容量キャパシタの開発に挑戦するものである。
三次元的な形状を有するミクロ孔を有し,かつ細孔径が1 nm以下のミクロ孔と2 nm以上のメソ孔を有する階層的なナノ多孔カーボン(3Dカーボン)が,Li塩有機電解液のみならずMg塩有機電解液中においても,スリット状の二次元的なミクロ細孔を有するナノ多孔カーボン(2Dカーボン)より高い電気二重層容量を示すことを明らかにした。同じ3Dカーボンでは,Li塩有機電解液系よりもMg塩有機電解液の方が高い電気二重層容量を示し,カーボンや塩の種類の選択により300 F/g以上の極めて高い電気二重層容量を発現できることを見出した。また,ある程度の高い充放電レートにおいてもその高容量は維持された。一方,2Dカーボン系は,Mg塩有機電解液の方がむしろ低い容量を示した。Liイオンより溶媒和が強いMgイオンに対しても効果的に脱溶媒和できるカーボン多孔構造の設計が重要であることがわかった。
さらに,Li塩有機電解液系については,3Dカーボンを正極,Liプレドープカーボンを負極としたプロトタイプのLiイオンキャパシタを作製し,安定な作動とともに,高容量化が期待できることを確認した。Mg塩有機電解液系においては,Mgが可逆的に溶解・析出できる負極および電解液系の開発を進めた。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 3件、 招待講演 4件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Mesoscopic cage-like structured single-wall carbon nanotube cryogels2020

    • 著者名/発表者名
      Kamijyou Yuito、Stevic Dragana、Kukobat Radovan、Urita Koki、Chotimah Nurul、Hattori Yoshiyuki、Futamura Ryusuke、Vallejos-Burgos Fernando、Moriguchi Isamu、Utsumi Shigenori、Sakai Toshio、Kaneko Katsumi
    • 雑誌名

      Microporous and Mesoporous Materials

      巻: 293 ページ: 109814~109814

    • DOI

      10.1016/j.micromeso.2019.109814

    • 査読あり
  • [雑誌論文] New insights into the heat of adsorption of water, acetonitrile, and n-hexane in porous carbon with oxygen functional groups2019

    • 著者名/発表者名
      Urita Chiharu、Urita Koki、Araki Takuya、Horio Keiji、Yoshida Masayuki、Moriguchi Isamu
    • 雑誌名

      Journal of Colloid and Interface Science

      巻: 552 ページ: 412~417

    • DOI

      10.1016/j.jcis.2019.05.090

    • 査読あり
  • [学会発表] Designing porous carbon electrodes based on understanding local structures2019

    • 著者名/発表者名
      K. Urita, H. Notohara, C. Urita, T. Araki, M. Inoue, I. Moriguchi
    • 学会等名
      The 13th Pacific Rim Conference of Ceramic Societies
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Effect of confined nanospaces on charge/discharge performance of carbon electrodes2019

    • 著者名/発表者名
      K. Urita, C. Urita, H. Notohara, T. Araki, M. Inoue, I. Moriguchi
    • 学会等名
      The 13th Pacific Rim Conference of Ceramic Societies
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Structural analysis for designing carbon electrodes2019

    • 著者名/発表者名
      1)K. Urita, C. Urita, H. Notohara, T. Araki, M. Inoue, K. Horio, M. Yoshida, I. Moriguchi
    • 学会等名
      第46回炭素材料学会年会
    • 招待講演
  • [学会発表] Energy Storage Electrodes Taking Advantage of Carbon Nanospace2019

    • 著者名/発表者名
      I. Moriguchi
    • 学会等名
      International Symposium on Adsorption 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] LiおよびMgイオン電解液中での多孔性炭素電極のEDLC特性2019

    • 著者名/発表者名
      片倉 葵,瓜田千春,瓜田幸幾, 森口 勇
    • 学会等名
      第46回炭素材料学会年会
  • [学会発表] 多孔性炭素電極の構造制御と電気二重層容量特性2019

    • 著者名/発表者名
      荒木卓也,瓜田千春,瓜田幸幾, 森口 勇
    • 学会等名
      第46回炭素材料学会年会
  • [学会発表] 酸素官能基を持つ活性炭への極性および非極性蒸気の吸着熱特性2019

    • 著者名/発表者名
      瓜田千春,瓜田幸幾,荒木卓也,堀尾佳史,吉田将之,森口 勇
    • 学会等名
      第33回日本吸着学会研究発表会
  • [学会発表] ミクロ多孔性炭素電極の EDLC 特性への電解質イオンの影響2019

    • 著者名/発表者名
      片倉 葵,瓜田千春,瓜田幸幾, 森口 勇
    • 学会等名
      第33回日本吸着学会研究発表会
  • [学会発表] EDLC特性への多孔カーボン賦活処理の影響2019

    • 著者名/発表者名
      荒木卓也,瓜田千春,瓜田幸幾,森口 勇
    • 学会等名
      第56回化学関連支部合同九州大会
  • [学会発表] Mgイオン電解液中での多孔性炭素電極のEDLC特性2019

    • 著者名/発表者名
      片倉 葵,瓜田千春,瓜田幸幾,森口 勇
    • 学会等名
      第56回化学関連支部合同九州大会
  • [図書] ポーラスカーボン材料の合成と応用2019

    • 著者名/発表者名
      西山憲和,田中俊輔,豊田昌弘,生越友樹,山岸忠明,瀬戸山徳彦,朴 元永,愈 承根,加藤秀実,岩村振一郎,向井 紳,川島英久,木島正志,宮崎尚哉,堀川俊英,大久保貴広,瓜田千春,瓜田幸幾,森口 勇
    • 総ページ数
      206
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • ISBN
      978-4-7813-1441-9
  • [備考] 長崎大学 学術研究成果リポジトリ

    • URL

      http://naosite.lb.nagasaki-u.ac.jp/dspace/

  • [備考] 応用物理化学研究室HP

    • URL

      http://www.cms.nagasaki-u.ac.jp/lab/bukka/Bukka/groupA.html

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公開日: 2021-01-27  

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