生体材料を活用した蓄電デバイスの開発

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23655182
• 研究機関: 関西大学
• 研究代表者: 石川 正司 関西大学, 化学生命工学部, 教授 (30212856)
• キーワード: コンデンサー / 電気二重層 / キャパシタ / イオン液体 / ゲル電解質 / 生体高分子 / アルギン酸 / キトサン

研究概要

我々はこれまでに天然高分子の活性炭合材電極用バインダーとしての可能性について検討し，特にアルギン酸バインダーはEDLCの出力特性の向上に有益であることを見いだしている．つまり，アルギン酸により電極内抵抗の低減が可能である．本年度はアルギン酸バインダーがもたらす抵抗の低減について詳細に検討し，電気化学特性に及ぼす影響を評価した．具体的には導電助剤を加えずに作製した電極に対して，交流インピーダンスによる各抵抗成分の解析を行った．活性炭とバインダーのみで構成された電極において顕著な性能差を確認し，アルギン酸バインダーの利用は明らかに電極および電極／電解液界面での抵抗成分が減少していた．これはアルギン酸バインダーの活性炭に対する高い親和性による効果であり，それによって大幅な抵抗低減に繋がったと考えられる．さらに，導電助剤を添加して作製した電極における環境温度　マイナス10℃でのレート特性を調査したところ，高レート時においてアルギン酸バインダーの優位性が確認でき，低温時でも低抵抗，高出力を示すことが判明した．
さらに，アルギン酸Liをリチウムイオン電池の炭素負極のバインダーに用いる検討を行った．ここであえて低濃度の電解液として0.1 M LiPF6/EC+DMCを適用したセルのレート特性を調査した(作動電圧：3.0 - 4.5 V，C.C. - C.V.モード，1 C = 150 mA/g)．塩濃度が希薄で充放電が厳しい条件であるため，従来のSBRバインダーではレート増加に伴い容量発現が困難となり，5 Cではほぼ充放電不可能となった．それに対してアルギン酸Liを用いた系では比較的安定した充放電が可能であることが観測された．この結果は，アルギン酸の適用により，電極/電解質界面に対する物質移動過程の改善効果に起因していると考えられる．

研究成果

• [雑誌論文] Charge-discharge Behavior of Graphite Negative Electrodes in Bis(fluorosulfonyl)imide-based Ionic Liquid and Structural Aspects of Their Electrode/electrolyte Interfaces (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Yamagata, N. Nishigaki, S. Nishishita, Y. Matsui, T. Sugimoto, M. Kikuta, T. Higashizaki, M. Kono, M. Ishikawa
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 巻: 110 ページ: 181-190
  • DOI: 10.1016/j.electacta.2013.03.018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of Alginate Binders to Graphite Electrodes and Characterization of Their Lithium-ion Battery Performance (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Soeda, Y. Matsui, M. Yamagata, M. Ishikawa
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 53(29) ページ: 93-102
  • DOI: 10.1149/05329.0093ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of Chitosan-based Gel Electrolytes with Ionic Liquids for High-performance and Safe Electric Double Layer Capacitors (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Soeda, M. Yamagata, S. Yamazaki, M. Ishikawa
  • 雑誌名: Electrochemistry 巻: 81(10) ページ: 867-872
  • DOI: 10.5796/electrochemistry.81.867
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of Lithium Salt Addition to Ionic Liquid Electrolytes for High-performance Electric Double-layer Capacitors (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Yamagata, M. Hirayama, S. Nishishita, D. Horikawa, M. Ishikawa
  • 雑誌名: Electrochemistry 巻: 81(10) ページ: 857-862
  • DOI: 10.5796/electrochemistry.81.857
  • 査読あり
• [雑誌論文] FSI-based Ionic Liquid Electrolyte and Its Specific Effects with Other Component Materials on Li Battery Performance (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Ishikawa, M. Yamagata
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 50(26) ページ: 317-327
  • DOI: 10.1149/05026.0317ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] リチウム電池とキャパシタ (2013)
  • 著者名/発表者名: 石川 正司
  • 雑誌名: 表面科学 巻: 34(7) ページ: 389-390
  • DOI: 10.1380/jsssj.34.389
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dramatic Improvements in Electric Double-layer Capacitors Using Polysaccharides (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Yamagata, S. Ikebe, Y. Kasai, K. Soeda, M. Ishikawa
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 50(43) ページ: 27-36
  • DOI: 10.1149/05043.0027ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chitosan-based Gel Electrolyte Containing an Ionic Liquid for High-performance Nonaqueous Supercapacitors (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Yamagata, K. Soeda, S. Ikebe, S. Yamazaki, M. Ishikawa
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 巻: 100(30) ページ: 275-280
  • DOI: 10.1016/j.electacta.2012.05.073
  • 査読あり
• [学会発表] Application of Alginate-binder to Carbon Anodes and Their Electrochemical Performance
  • 著者名/発表者名: Kazunari Soeda
  • 学会等名: 223rd ECS Meeting
  • 発表場所: The Sheraton Centre Toronto Hotel, Toronto, Canada
• [学会発表] Improving the Performance of Electric Double-layer Capacitors Using Various Alginate Binders
  • 著者名/発表者名: Shota Ikebe
  • 学会等名: 2013 International Conference on Advanced Capacitors (ICAC 2013)
  • 発表場所: Cosmosquare Hotel and Congress, Suminoe-ku, Osaka, Japan
• [学会発表] Impact of Lithium Salt Addition to Ionic Liquid Electrolytes on Electric Double Layer Capacitor Performance
  • 著者名/発表者名: Masaki Yamagata
  • 学会等名: 2013 International Conference on Advanced Capacitors (ICAC 2013)
  • 発表場所: Cosmosquare Hotel and Congress, Suminoe-ku, Osaka, Japan
• [学会発表] Application of Natural Polymer-based Gel Electrolyte and Binders to Supercapacitor
  • 著者名/発表者名: Masashi Ishikawa
  • 学会等名: 3rd International Symposium on Enhanced Electrochemical Capacitors (ISEECap 2013)
  • 発表場所: Hotel Caparena & Wellness Club, Taormina, Sicily, Italy
  • 招待講演
• [学会発表] Enhanced Performance of Electric Double Layer Capacitor by Alginate Binder
  • 著者名/発表者名: Shota Ikebe
  • 学会等名: Advanced Energy Technology Congress
  • 発表場所: Hyatt Mission Bay Resort & Marina, San Diego, California, U.S.A.
• [学会発表] Design of Electrode-electrolyte Interface for Advanced Supercapacitors
  • 著者名/発表者名: Masaki Yamagata
  • 学会等名: The 7th Asian Conference on Electrochemical Power Sources (ACEPS-7)
  • 発表場所: Senri Life Science Center, Toyonaka, Osaka, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Improvement of Interfacial Ionic Transfer by Using Alginate Binder in Carbon Anodes
  • 著者名/発表者名: Kazunari Soeda
  • 学会等名: The 7th Asian Conference on Electrochemical Power Sources (ACEPS-7)
  • 発表場所: Senri Life Science Center, Toyonaka, Osaka, Japan
• [学会発表] Low-resistance Activated Carbon Electrodes Utilizing Alginate Binder for Electric Double Layer Capacitors
  • 著者名/発表者名: Shota Ikebe
  • 学会等名: The 7th Asian Conference on Electrochemical Power Sources (ACEPS-7)
  • 発表場所: Senri Life Science Center, Toyonaka, Osaka, Japan
• [学会発表] LIB用Ni-Mn-Co層状酸化物正極の特性向上を可能にするFSI系イオン液体とその電解液組成最適化
  • 著者名/発表者名: 川口 俊介
  • 学会等名: 新化学技術推進協会 第2回 JACI/GSCシンポジウム（第13回 GSCシンポジウム）
  • 発表場所: メルパルク大阪, 大阪市淀川区
• [学会発表] アルギン酸バインダーを適用した電気二重層キャパシタの高性能化
  • 著者名/発表者名: 池邉 翔太
  • 学会等名: 新化学技術推進協会 第2回 JACI/GSCシンポジウム（第13回 GSCシンポジウム）
  • 発表場所: メルパルク大阪, 大阪市淀川区
• [学会発表] イオン液体／電極界面における電気二重層構造とキャパシタ性能の関係
  • 著者名/発表者名: 堀川 大介
  • 学会等名: 新化学技術推進協会 第2回 JACI/GSCシンポジウム（第13回 GSCシンポジウム）
  • 発表場所: メルパルク大阪, 大阪市淀川区
• [学会発表] キャパシタ性能を向上させる材料の探索とその効果
  • 著者名/発表者名: 石川 正司
  • 学会等名: 電気化学会関東支部・第42回先端科学セミナー「大容量キャパシタ開発の最新動向」
  • 発表場所: 上智大学四谷キャンパス中央図書館L-821会議室, 東京都千代田区
  • 招待講演
• [学会発表] イオン液体と高分子による蓄電デバイスの作動特性向上
  • 著者名/発表者名: 山縣 雅紀
  • 学会等名: 第62回高分子討論会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス, 石川県金沢市
• [学会発表] 電気二重層キャパシタにおける電気化学インピーダンス法の実際
  • 著者名/発表者名: 石川 正司
  • 学会等名: 電気化学会関東支部第49回学際領域セミナー「基礎から考える電気化学インピーダンス法」
  • 発表場所: 株式会社明電舎大崎会館, 東京都品川区
  • 招待講演
• [学会発表] FSIイオン液体電解液組成と炭素負極種の検討によるレート特性の向上
  • 著者名/発表者名: 西垣 信秀
  • 学会等名: 2013年電気化学秋季大会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス, 東京都目黒区
• [学会発表] アルギン酸バインダーを適用した電気二重層キャパシタの抵抗低減効果
  • 著者名/発表者名: 池邉 翔太
  • 学会等名: 2013年電気化学秋季大会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス, 東京都目黒区
• [学会発表] 積層型電気化学アクチュエータへの応用を志向したイオン液体コンポジット材料の創成
  • 著者名/発表者名: 岩﨑 悠紀
  • 学会等名: 2013年電気化学秋季大会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス, 東京都目黒区
• [学会発表] FSI系イオン液体電解液を用いたLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2正極の充放電挙動および界面特性の検証
  • 著者名/発表者名: 川口 俊介
  • 学会等名: 第54回電池討論会
  • 発表場所: 大阪国際会議場, 大阪市北区
• [学会発表] FSI系イオン液体を用いた高電圧作動型リチウムイオン電池の検討
  • 著者名/発表者名: 松井 由紀子
  • 学会等名: 第54回電池討論会
  • 発表場所: 大阪国際会議場, 大阪市北区
• [学会発表] 物質移動過程を促進するアルギン酸バインダーの炭素負極に対する効果
  • 著者名/発表者名: 副田 和位
  • 学会等名: 第54回電池討論会
  • 発表場所: 大阪国際会議場, 大阪市北区
• [学会発表] 蓄電技術の動向
  • 著者名/発表者名: 石川 正司
  • 学会等名: 第20回石油学会関西支部セミナー、第29回日本エネルギー学会関西支部セミナー ―近未来のエネルギー事情を考える―
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス第4学舎3402教室, 大阪府吹田市
  • 招待講演
• [学会発表] 電気二重層キャパシタ：技術的特徴と特性評価
  • 著者名/発表者名: 石川 正司
  • 学会等名: ナノプローブテクノロジー第167委員会第72回研究会
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所駒場リサーチキャンパス内An棟2階コンベンションホール, 東京都目黒区
  • 招待講演
• [学会発表] キャパシタにおける最新技術と将来展望
  • 著者名/発表者名: 石川 正司
  • 学会等名: 一般社団法人日本粉体工業技術協会2013年度第2回電池製造技術分科会
  • 発表場所: 産業技術総合研究所関西センター基礎融合材料実験棟2階大会議室, 大阪府池田市
  • 招待講演
• [学会発表] リチウムイオン電池正極／FSI系イオン液体界面の電気化学的特性評価
  • 著者名/発表者名: 川口 俊介
  • 学会等名: 第4回イオン液体討論会
  • 発表場所: 慶應義塾大学日吉キャンパス独立館, 神奈川県横浜市港北区
• [学会発表] 蓄電デバイス性能向上のための新しい電極界面制御
  • 著者名/発表者名: 石川 正司
  • 学会等名: 瀬川研究室特別講演会
  • 発表場所: 東京大学先端科学技術研究センター, 東京都区目黒区
  • 招待講演
• [学会発表] アルギン酸バインダーによる低温作動EDLCの性能改善
  • 著者名/発表者名: 池邉 翔太
  • 学会等名: 2013年度第3回関西電気化学研究会
  • 発表場所: 産業技術総合研究所関西センター基礎融合棟2階会議室, 大阪府池田市
• [学会発表] FSIアニオン系の特異な電極界面挙動とLIB特性
  • 著者名/発表者名: 石川 正司
  • 学会等名: 第369回電池技術委員会
  • 発表場所: 京都ガーデンパレス, 京都市上京区
  • 招待講演
• [学会発表] 第1講演「蓄電池とキャパシタの最新技術」、第2講演「蓄電デバイス性能向上のための新しい電極界面制御」
  • 著者名/発表者名: 石川 正司
  • 学会等名: 講演会「グリーンエネルギー工学」
  • 発表場所: 岡山大学工学部3号館4階402会議室, 岡山市北区
  • 招待講演
• [学会発表] 電気二重層キャパシタ用低環境負担イオン液体ゲルコンポジット電解質膜の作製
  • 著者名/発表者名: 梅本 清貴
  • 学会等名: 電気化学会第81回大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス, 大阪府吹田市
• [学会発表] カーボンコンポジット薄膜電極を用いた電気化学アクチュエータ
  • 著者名/発表者名: 津田 哲哉
  • 学会等名: 電気化学会第81回大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス, 大阪府吹田市
• [学会発表] アルギン酸バインダーを適用したリチウムイオン電池用正極の高電圧作動
  • 著者名/発表者名: 松井 由紀子
  • 学会等名: 電気化学会第81回大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス, 大阪府吹田市
• [学会発表] 天然高分子ゲル電解質を適用したリチウムイオン電池の作動特性
  • 著者名/発表者名: 日下部 高史
  • 学会等名: 電気化学会第81回大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス, 大阪府吹田市
• [図書] 次世代蓄電池の【最新】材料技術と性能評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山縣 雅紀
  • 総ページ数: 829
  • 出版者: 技術情報協会
• [備考] 関西大学 学術情報システム 石川正司
  • URL: http://gakujo.kansai-u.ac.jp/profile/ja/da93ad8rb8c00fa7HW7f16kobc.html