Monolithic Electrodes for Redox Capacitors Developed by Using an Efficient Process

本研究は、レドックスキャパシタ用電極への利用に向けて、モノリス状多孔質炭素を担体とした金属酸化物とのナノ複合材料を簡便な設備・手順で製造する技術の開発を目的としている。この目的に向けて細孔構造を任意に制御した多孔質炭素のモノリス体の開発がまず必要であり、そこに申請者の開発したCVD法や電析法を活用した金属酸化物のモノリス体内部へナノレベルで均一な担持を行う。令和3年度に実施した検討より、メソポーラスな炭素材料であるカーボンゲルを薄いディスク状のモノリス体に成形することが可能となったことに加え、独自のCVD法を鉄担持に利用できるように発展させた。令和4年度も引き続きモノリス状の多孔質炭素の開発および鉄担持技術の制御性の向上に向けて取り組んだ。まず令和3年度に開発したディスク状カーボンゲル内部の物質移動性を評価するために液体透過抵抗を測定したところ、通液性がほとんどないことが判明した。このため、電解液を浸漬させて電極として使うこと自体はできるが、金属酸化物の担持プロセスに適用することは困難であった。そこで、カーボンゲルの前駆体であるレゾルシノール-ホルムアルデヒド樹脂の合成条件を再検討したところ、マイクロメートルサイズの空隙を有する構造にすることに成功した。これを炭素化することで液体や気体が容易に流通可能なモノリス状炭素材料が得られた。また、鉄の担持に向けて開発を進めているCVD法は前年度の段階では、反応器に導入する鉄前駆体であるフェロセン蒸気の濃度が低いことから、担持量が低いという問題があった。そこで、鉄担持量増加に向けて、従来有機溶媒に溶かして反応器に導入していたフェロセンを、あらかじめ単独で昇華させたフェロセンをそのまま反応器に導入できるようにプロセスの改良を行った。この結果、反応器に高濃度なフェロセン蒸気を導入することが可能となり鉄の担持量が増加する傾向が見られた。

本研究は、レドックスキャパシタ用電極への利用に向けて、モノリス状多孔質炭素を担体とした金属酸化物とのナノ複合材料を簡便な設備・手順で製造する技術の開発を目的としている。この目的に向けて細孔構造を任意に制御した多孔質炭素のモノリス体の開発がまず必要であり、そこに申請者の開発したCVD法や電析法を活用した金属酸化物のモノリス体内部へナノレベルで均一な担持を行う。令和3年度に実施した検討より、メソポーラスな炭素材料であるカーボンゲルを薄いディスク状のモノリス体に成形することが可能となったことに加え、独自のCVD法を鉄担持に利用できるように発展させた。令和4年度も引き続きモノリス状の多孔質炭素の開発および鉄担持技術の制御性の向上に向けて取り組んだ。まず令和3年度に開発したディスク状カーボンゲル内部の物質移動性を評価するために液体透過抵抗を測定したところ、通液性がほとんどないことが判明した。このため、電解液を浸漬させて電極として使うこと自体はできるが、金属酸化物の担持プロセスに適用することは困難であった。そこで、カーボンゲルの前駆体であるレゾルシノール-ホルムアルデヒド樹脂の合成条件を再検討したところ、マイクロメートルサイズの空隙を有する構造にすることに成功した。これを炭素化することで液体や気体が容易に流通可能なモノリス状炭素材料が得られた。また、鉄の担持に向けて開発を進めているCVD法は前年度の段階では、反応器に導入する鉄前駆体であるフェロセン蒸気の濃度が低いことから、担持量が低いという問題があった。そこで、鉄担持量増加に向けて、従来有機溶媒に溶かして反応器に導入していたフェロセンを、あらかじめ単独で昇華させたフェロセンをそのまま反応器に導入できるようにプロセスの改良を行った。この結果、反応器に高濃度なフェロセン蒸気を導入することが可能となり鉄の担持量が増加する傾向が見られた。