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2019 Fiscal Year Annual Research Report

Creation of pseudocapacitive material complexed with graphene oxide for supercapacitor

Research Project

Project/Area Number 18F18369
Research InstitutionHirosaki University

Principal Investigator

官 国清  弘前大学, 地域戦略研究所, 教授 (90573618)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) PATIL AMAR MARUTI  弘前大学, 地域戦略研究所, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2018-11-09 – 2021-03-31
Keywordsスーパーキャパシタ / 擬似容量性電極材料 / エネルギー密度 / パワー密度 / サイクル安定性 / 非対称スーパーキャパシタ装置
Outline of Annual Research Achievements

スーパーキャパシタ用擬似容量性電極材料のエネルギー密度及び長期サイクル安定性の改善に向けて、前年度で得られた電極材料を改良した上、二種類の疑似容量性金属酸化物電極の開発及びスーパーキャパシタデバイスの試作と性能評価を行った。
(1) 正極材料rGO/V2O5@RuO2と負極材料rGO/WO3.0.5H2O@Cu2S (rGO:還元グラフェン酸化物)の合成とそれらを用いたスーパーキャパシタの試作と性能評価:水熱合成方法を用いて得られた最適なrGO/V2O5@RuO2とrGO/WO3.0.5H2O@Cu2S 電極はそれぞれ比容量は910.06F/g と930.33 F/gに達した。また、それらの電極材料を用いて試作したスーパーキャパシタは5mV/sで95.31F/gの高い比静電容量、38.86Wh/kgのエネルギー密度、1.295kW/kg(20 mA)の電力密度、および10000回の充放電サイクルでも87.7%の容量維持を示した。
(2)正極材料MWCNT/RuO2/HGFと負極材料m-WO3/Mxene/HGF(MWCNT:多層カーボンナノチューブ;HGF:グラフェンフォーム)の合成とそれらを用いたスーパーキャパシタの試作と性能評価:新規合成法を開発し、最適なMWCNT/RuO2/HGFとm-WO3/Mxene/HGF電極材料を得た。それらを用いて製造された非対称スーパーキャパシタデバイスは、5mV/sで118F/gの最高の比静電容量、552W/kgの電力密度、21.52Wh/kgのエネルギー密度を達成した。また、そのスーパーキャパシタデバイスは優れた電気化学サイクルの安定性を示し、10000回の急速な充電/放電サイクル後にも93.3%の容量を保持した。さらに、このデバイスはさまざまな電子ガジェットを発光させ、幅広いアプリケーションでの実用性を検証した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

一年間、前年度で得られた電極材料を改良した上、さらに二つシリーズの高性能な擬似容量性電極材料を開発した。それらの正負電極材料が異なるポリマーゲル電解質と組み合わせて作製した全固体非対称スーパーキャパシタは、電気化学的性能の向上を示した。 また、非対称スーパーキャパシタの電気化学的性能は、両側の電極材料、電極の表面形態、集電体、および電解質に依存することが明らかにした。 さらに、正極と負極の両方に金属硫化物とMxeneをコーティングすることにより、電極の制限が大きく超えたことも発見した。本年度には2編の高レベル論文を投稿し、1編が掲載した。

Strategy for Future Research Activity

これから、新規擬似容量性電極材料の開発、非対称スーパーキャパシタ装置の組み立て、及び固体電解質の開発と最適化などを行う。また、非対称スーパーキャパシタ装置のエネルギー密度およびパワー密度の限界を突破するため、電解質の開発も注力する。特に非対称スーパーキャパシタ装置に使える高性能な固体電解質の開発を行う。

  • Research Products

    (3 results)

All 2020 2019

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (2 results)

  • [Journal Article] Redox-ambitious route to boost energy and capacity retention of pouch type asymmetric solid-state supercapacitor fabricated with graphene oxide-based battery-type electrodes2020

    • Author(s)
      Patil Amar M.、Yue Xiyan、Yoshida Akihiro、Li Shasha、Hao Xiaogang、Abudula Abuliti、Guan Guoqing
    • Journal Title

      Applied Materials Today

      Volume: 19 Pages: 100563~100563

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.apmt.2020.100563

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Graphene oxide based nanostructured V2O5@RuO2 hybrid positive electrode for high performance pseudocapacitor2020

    • Author(s)
      PATIL AMAR,岳 喜岩,安 小偉,シリソンブーンチャイ スチャダ,于 涛,吉田 曉弘, 阿布 里提,官 国清,
    • Organizer
      電気化学会第87回大会
  • [Presentation] スーパーキャパシタ用の酸化グラフェンベースのナノ構造NiCo2O4@MnO2ハイブリッド正極を簡単に合成2019

    • Author(s)
      パティル アマル,スチャダ シリソンブーンチャイ,岳 喜岩, 吉田 曉弘,阿布 里提,官 国清
    • Organizer
      2019電気化学会秋季大会

URL: 

Published: 2021-01-27  

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