テーラーメードカーボンゲルを用いた高効率エネルギー貯蔵法の開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350416
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 田門 肇 京都大学, 工学研究科, 教授 (30111933)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 哲夫 京都大学, 工学研究科, 助手 (50243043) ; 向井 紳 京都大学, 工学研究科, 助教授 (70243045)
• Keywords: カーボンゲル / レゾルシノール / ホルムアルデヒド / 凍結乾燥 / マイクロ波乾燥 / エアロゲル / クライオゲル / メソ細孔

Research Abstract

カーボンゲルは、レゾルシノールとホルムアルデヒドをゾル-ゲル重合させて得られた湿潤ゲルを乾燥し、炭化することによって製造される。この材料は径が数十nm程度の一次粒子が凝集した特異な構造を有する。材料中のミクロ細孔は一次粒子内に存在し、これらの粒子の間隙がメソ細孔となる。昨年度までにカーボンゲルを合成する際の条件を変えることで一次粒子の形状及び凝集形態をコントロールし、その結果得られる材料のミクロ、メソの両構造をほぼ独立に制御することが可能であることを実証した。また、懸濁重合を応用することによって、微粒子状やフィルム状のゲルを合成するなど、マクロ形状をも同時に制御可能であることを示してきた。
本年度はこの構造制御性に優れたカーボンゲルを種々のエネルギー貯蔵システムに適用し、高効率エネルギー貯蔵の可能性について検討した。具体的なシステムとしては、メタン貯蔵、Liイオン電池、電気二重層キャパシターを取り上げた。材料の性質を巧みに利用し、開発した構造制御法を用いて各用途に適合するように材料の構造を精密に制御することで、材料のエネルギー貯蔵密度を大幅に向上させることに成功した。例えばLiイオン電池に関しては、材料にSi微粉末を包含させ、微粒子状に成型することにより従来の負極材の2倍以上の容量を有する材料の開発に成功した。また、構造が精密に制御されたタブレット状の材料を電気二重層キャパシターの電極に利用することにより、従来の2倍以上の容量が容易に実現可能であることを実証した。

Research Products

• [Publications] T.Suzuki et al.: "A Theoretical Study on Storage States of Li Ions in Carbon Anodes of Li Ion Batteries Using Molecular Orbital Calculations"Carbon. 41. 1933-1939 (2003)
• [Publications] T.Yamamoto et al.: "Interpretation of Structure Formation during the Sol-Gel Transition of a Resorcinol-Formaldehyde Solution by Population Balance"J.Colloid Interface Sci. 264. 532-537 (2003)
• [Publications] N.Tonanon et al.: "Influence of Surfactants on Porous Properties of Carbon Cryogels Prepared by Sol-gel Polycondensation of Resorcinol and Formaldehyde"Carbon. 41. 2973-2982 (2003)
• [Publications] S.R.Mukai et al.: "Reduction of Irreversible Capacities of Amorphous Carbon Materials for Lithium Ion Battery Anodes by Li_2CO_3"Carbon. (in press).