| 研究課題/領域番号 |
20K20439
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
鶴見 敬章 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (70188647)
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| 研究分担者 |
保科 拓也 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (80509399)
安原 颯 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (20880032)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 固体イオンキャパシタ / 蓄電 / 固体電解質 / エネルギー密度 |
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| 研究実績の概要 |
地球温暖化を抑制するには、エネルギー密度の高い蓄電装置が必須となる。本研究は、安全性が高く充放電で劣化しないキャパシタを用いて新しい蓄電装置を作ることを目的としている。本キャパシタは陽イオンの長距離移動により分極を発生する。本キャパシタがリチウム電池と匹敵するエネルギー密度を得るためには、高電圧駆動が必須である。しかしながら、リチウムの酸化還元電位である約４Ｖ以上の電圧を印可すると固体のリチウムイオン伝導体が高電圧化で電気分解することが問題となる。そこで固体電解質の電気分解を抑制する方法として、固体電解質中に特殊なナノ構造を導入する方法を考案した。水の電気分解は1.5V程度で起こり、その電圧は長さに依存しないため、1.5V以下であればいくら長さを短くしても電気分解は起こらない。キャパシタに蓄えられるエネルギー量は電界に比例するので、長さを短くすれば電気分解を起こさずに、高エネルギー密度を有する蓄電キャパシタができるはずである。この原理に基づく蓄電キャパシタをHV固体キャパシタ(HV-SIC)と呼ぶ。HV-SICの実験的な原理確認を行うため、アンチペロブスカイト構造を持つLiイオン導電体とナシコン型Naイオン導電体の結晶化ガラスを作製し、この中にナノ構造を形成した。これらの試料について充放電特性を測定したところ、ナノ構造を形成していない試料では５Ｖ以上の電圧で電気分解によるファラデー電流の増加が確認されたが、ナノ構造を導入することで20V以上の高電圧を印加しても蓄電キャパシタとして機能することが確認された。このことは、HV固体イオンキャパシタが新しい蓄電キャパシタとして十分可能性があることを示していた。このキャパシタのエネルギー密度をナノ構造のサイズに対して計算した結果、300nm程度の構造を導入すればリチウム電池を超える性能が得られることが予測された。
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