ナノ細孔制御による高速インターカレーション電極の創製

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15360348
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Nagasaki University
• Principal Investigator: 工藤 徹一 長崎大学, 工学部, 教授 (90205097)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山田 博俊 長崎大学, 工学部, 助手 (10359961) ; 森口 勇 長崎大学, 工学部, 助教授 (40210158)
• Keywords: 多孔体 / 酸化チタン / カーボン / コロイド結晶 / 両連続マイクロエマルション / 電気二重層 / インターカレーション / キャパシタ

Research Abstract

本研究では,インターカレーション系二次電池に超高速充放電特性を付与することにより,高エネルギー密度および高パワー密度を兼ね備えたスーパーキャパシタの開発を目指している。そのための電極材料として,電子およびイオン輸送チャンネル,活物質層をナノレベルで空間配置した電極構造を設計・創製し,高性能化を図るものである。今年度は,ナノレベルでの電子およびイオン輸送チャンネルの創製のため,カーボンおよびTiO_2多孔体の合成ならびに電気化学特性について検討した。
1.カーボン多孔体の合成と電気二重層キャパシタ特性
シリカコロイド結晶をフェノール/ホルムアルデヒド昆合溶液に浸漬し,128℃熱処理(フェノール樹脂生成),Arガス中1000℃熱処理(カーボン化),HF水容液でシリカ溶出,の操作によりカーボン多孔体を得た。N_2吸着測定,TEM観察により,シリカ粒子サイズに対応したマクロ〜メゾ領域サイズの細孔とフェノール樹脂そのものがカーボン化する際に生成するミクロ細孔からなる二元系多孔カーボンが得られていることがわかった。サイクリックボルタンメトリーにおいて,電気二重層への充放電に伴う典型的な矩形カーブが親測され,その容量はメゾ細孔表面積の増加に比例して増大することがわかった。粒子径45nm以下のシリカコロイドを用いて得たカーボン多孔体は,120Fg^<-1>以上の非常に大きな電気二重層容量を示した。
1.TiO_2マクロ多孔体の合成とLiインターカレーション特性
ポリスチレンコロイド結晶へのチタンイソプロポキシドの充填,550℃焼成,および両連続マイクロエマルション中でのゾル-ゲル反応により,アナターゼTiO_2のマクロおよびメゾ多孔体を合成した。いずれも,TiO_2アナターゼ相へのLi挿入/脱離に伴う充放電が観測され,メゾ多孔体は低電流密度で,マクロ多孔体は高電流密度で,相対的に高い容量を示した。

Research Products

• [Publications] Hirotoshi YAMADA: "Interconnected macroporous TIO_2 (anatase) as a lithium insertion electrode material"Solid State Ionics. 印刷中. (2004)
• [Publications] Isamu MORIGUCHI: "Colloidal Crystal-Templated Porous Carbon as a High Performance Electrical Double-Layer Capacitor Material"Electrochemistry and Solid State Letters. 印刷中. (2004)