| 研究課題/領域番号 |
25249140
|
|---|
| 研究機関 | 東京農工大学 |
|---|
研究代表者 |
直井 勝彦 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70192664)
|
|---|
| 研究分担者 |
宮本 淳一 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30450662)
岩間 悦郎 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90726423)
木須 一彰 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80755645)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2018-03-31
|
| キーワード | キャパシタ- / ナノ材料 / 新エネルギー / 再生可能エネルギー / 電気自動車 |
|---|
| 研究実績の概要 |
平成27年度は、26年度までに作製手法を確立したナノハイブリッドキャパシタ負極材料ナノ結晶TiO2(B)/ナノ炭素複合体の活物質利用率を向上するためにケッチェンブラック(KB)との複合体を空気下焼成した造粒体を作製した。焼成試料について物性解析を行った結果、ナノ結晶TiO2(B)粒子上に約１nmの非晶質炭素と考えられる被膜が生成していることを見出した。本試料の電気化学特性はKB複合体の場合と同等でありながらKBが減少した分、実質的な電極活物質量が増加し、さらに本被膜の生成によりナノ結晶の凝集を防いでいることを見出した。次に本試料を用いて正極活性炭と組み合わせた実験室レベルのハイブリッドキャパシタセルを作製し、その電気化学特性を評価した。解析の結果、セルのサイクル特性が初期エージング処理条件に大きく依存することが分かった。その影響を及ぼす原因としては表面固体被膜の生成状態であることまでを解明している。
正極材料については平成26年に引き続き担体ナノ炭素として多層カーボンナノチューブ(MWCNT)、活物質としてナシコン類似型リン酸バナジウムリチウム(LVP)を用いた複合体の出力特性向上とエネルギー密度向上を検討した。作製方法の再検討によりLVP/MWCNT複合体の出力として充放電7.5秒かつ活性炭の2倍に相当する充放電容量を達成し、キャパシタ用途に十分な高出力特性を有するナノ結晶LVP/CNF複合体の作製に成功した。一方で課題として長期サイクル試験において結晶中のバナジウム溶出に起因する容量減少が発生することが分かった。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究実施概要に示したとおり、負極材料として作製したTiO2(B)については複合炭素量を大幅に減少させることが可能となり実質的な電極当たりのエネルギー密度を向上させることが可能となった。さらに活性炭を正極としたキャパシタデバイスを実験室レベルで構築し、その電気化学特性の評価を行える状況に達した。その上で実用化レベルとして考えるべき課題点を見出し、現在はその対策を検討している。また、正極材料についてはLVP/MWCNT複合体で活性炭と同等以上の出力特性、且つエネルギー密度としては活性炭2倍の発現容量を達成しキャパシタ用途として十分な材料であることを確認した。したがって、正・負極のナノハイブリッドキャパシタ電極が作製可能となりつつあるため、おおむね順調に研究が展開されている。
|
| 今後の研究の推進方策 |
負極材料候補であるTiO2(B)を用いた、正極に活性炭を用いたキャパシタデバイスについてその充放電サイクルについて現状では両極に活性炭を用いた電気二重層キャパシタ(EDLC)レベルに達していない。特に表面固体被膜の生成はTiO2(B)の反応電位が1.6V Li/Li+以上であるにも関わらず多量に生成しているため、その抑制手段として電解液構成を含めたエージング条件を検討する。正極材料についてはLVP/CNFがキャパシタ用正極材料候補としての目途がついたが、同時に長期使用に対してバナジウム溶出という課題が発生した。これを抑制するための手法として結晶中でバナジウムイオン半径と同等な半径を有し、且つ充放電中に価数変化しない元素をドープすることにより結晶構造を維持する方法を検討する。
|
