2022 Fiscal Year Research-status Report
Development of Novel Hybrid Capacitor Using Graphite-oxide
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21K05255
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
白石 壮志 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (40292627)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
畠山 義清 群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (90633313)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ハイブリッドキャパシタ / 酸化黒鉛 / リチウム電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ハイブリッドキャパシタは、電気二重層キャパシタ（EDLC)型電極と蓄電池用電極を組み合わせた蓄電デバイスであり、EDLCよりも高エネルギー密度を有する。当研究室では、完全放電後のフッ化黒鉛（GF）/Li電池並びに、酸化黒鉛（GO）/Li電池がハイブリッドキャパシタとして充放電可能であると見出した（それぞれGF/Liキャパシタ、GO/Liキャパシタと命名している）。GO/LiキャパシタはGF/Liキャパシタに比べて容量・エネルギー密度は優れている。しかし、GO/Liキャパシタは内部抵抗がEDLCやGF/Liキャパシタよりも高い傾向にある。本研究では、GOと単層カーボンナノチューブ（SWCNT）との複合化によって内部抵抗を低減し、さらにはGOとSWCNT との複合化率を最適化することでGO/Liキャパシタの更なる高性能化を目指した。
昨年度において、重量比80 : 20の比率でHummers法GO粉末とSWCNT（SG101）を複合化した電極を用いると、GO/Liキャパシタの内部抵抗を低減し、体積比容量を改善できることを明らかにした。さらに、テトラグライム系電解液を用いると、リチウムイオン電池によく使われるエチレンカーボネート・エチルメチル混合系電解液に比べてキャパシタとしての放電容量が改善されることも見出した。本年度は、GO/SWCNT複合電極とテトラグライム系電解液を組み合わせることが、低抵抗化と体積比容量（エネルギー密度）の改善の両方に関してより一層効果的であることを明らかにした。また、GO/Liキャパシタの充放電機構を解析すべく、オペランド小角X線散乱分析用充放電セルを作製し、動作確認を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画に基づき、GOとSWCNTの複合化電極とテトラグライム系電解液を組み合わせることでGO/Liキャパシタの低抵抗化と体積比容量（エネルギー密度）の改善の両方を達成できた。この研究成果について、電気化学会第90回大会において報告した。さらに、中部化学関係学協会支部連合, 第53回秋季大会、第45回フッ素化学討論会の招待講演においてもGO/Liキャパシタを紹介することができた。また、オペランド小角X線散乱（SAXS）分析用充放電セルの動作確認ができたので、充放電機構の解析のための準備を整えることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に引き続き、電極材、電解液の設計・組み合わせによって、GO/Liキャパシタのさらなる高性能化を目指す。また、2種類のオペランド分析（SAXSと電気化学水晶振動子マイクロバランス法（EQCM））が充放電機構の解析には適しているようなので、次年度はこれらのオペランド分析を特に集中的に行うことで充放電機構の解明を進める。
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Research Products
(4 results)
