Monolithic Electrodes for Redox Capacitors Developed by Using an Efficient Process

采用高效工艺开发的氧化还原电容器单片电极

基本信息

批准号：
21K04762
负责人：
岩村振一郎
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

这项研究旨在开发一种使用单片多孔碳作为载体，使用简单的设备和程序来制造纳米复合材料的技术，以便将电极用于氧化还原电容器。为此，有必要使用申请人开发的CVD方法和电沉积方法在纳米水平上开发由多孔碳制成的单片体，并均匀地控制整体体内的金属氧化物。一项在2021年进行的研究使得将碳凝胶（一种介孔碳材料）形成成一个薄圆盘形的整体体，并且还开发了一种独特的CVD方法，可用于支撑铁。在2022财年，我们继续致力于开发类似整体的多孔碳并改善铁支持技术的可控性。首先，为了评估2021年开发的圆盘形碳凝胶内部的质量可传递性，测量了液体渗透性，发现几乎没有液体渗透性。因此，尽管可以通过浸入电极来将电解质用作电极，但很难将其应用于金属氧化物支撑过程。因此，重新审查了碳凝胶的前体的溶质醇 - 甲醛树脂的合成条件时，通过微米尺寸的空隙成功实现了结构。通过将其转换为碳，可以获得允许液体和气体容易循环的单片碳材料。此外，正在为铁支撑而开发的CVD方法在上一年存在一个问题，即二代二世蒸气的浓度（引入反应器中的铁前体）的浓度很低，导致负载量较低。因此，为了增加支撑铁的量，该过程得到了改进，因此以前已将其溶解在有机溶剂中并引入反应器中的二革新录以前被自身升华到反应器中。结果，有可能将高浓度的二茂铁蒸气引入反应器中，并且有携带铁量的趋势。