定電圧放電キャパシタを創出する電極材料の開発

キャパシタのエネルギー密度を向上させるために,高電圧における電位平坦性を確保する材料システムの開発を行った。具体的には電極の表面物性の改良と界面における特異的な挙動に着目し,従来は不可能であった電位依存性のあるキャパシタンス挙動を材料レベルで実現することに注力し,多くの成果を得ることができた。カーボンナノチューブを金属箔表面に垂直に整列させた形で電極化することに成功し,超高速充放電が可能なキャパシタ電極として機能することを見出した。このシステムでリチウム塩電解質を用いると高電位側で電位平坦挙動が現れ,ナノチューブ面と高電荷密度イオンとの特異的な二重層界面挙動が見出された。このリチウム塩で見られたような特異的な挙動は,他の系すなわちイオン液体電解質でも見いだされ,一般的なエネルギー密度向上策として期待できる。また,本研究から派生した成果として特に顕著であったのは,新しいイオン液体を設計することで黒鉛負極の充放電に始めて成功したことである。これは文字通り世界初の成果であり,今後の二次電池の進展に多大な影響を与えると期待される。さらに,水系電解質における定電圧充放電のモデルとして,高電圧側で顕著に容量向上するキャパシタ電極の処理方法を開発した。この方法を我々は「高温定電圧処理」と称しているが,特定の電解液中において高温加電状態で処理すると高電圧側で高容量成分が付加されるというものである。この処理を水系活性炭電極に適用することにより,高電圧側で300F/gという極めて大きな容量が観測された。この技術は従来の二重層反応メカニズムにファラデー容量を高電圧側のみに付加させる,シンプルかつ有効な方法として注目される。以上のように,高エネルギー密度化にきわめて有利な高電圧作動領域に,有る程度電位平坦性をもたらすことに成功した。これらを端緒とし、今後さらに研究を発展させる所存である。

キャパシタのエネルギー密度を向上させるために,高電圧における電位平坦性を確保する材料システムの開発を行った。具体的には電極の表面物性の改良と界面における特異的な挙動に着目し,従来は不可能であった電位依存性のあるキャパシタンス挙動を材料レベルで実現することに注力し,多くの成果を得ることができた。カーボンナノチューブを金属箔表面に垂直に整列させた形で電極化することに成功し,超高速充放電が可能なキャパシタ電極として機能することを見出した。このシステムでリチウム塩電解質を用いると高電位側で電位平坦挙動が現れ,ナノチューブ面と高電荷密度イオンとの特異的な二重層界面挙動が見出された。このリチウム塩で見られたような特異的な挙動は,他の系すなわちイオン液体電解質でも見いだされ,一般的なエネルギー密度向上策として期待できる。また,本研究から派生した成果として特に顕著であったのは,新しいイオン液体を設計することで黒鉛負極の充放電に始めて成功したことである。これは文字通り世界初の成果であり,今後の二次電池の進展に多大な影響を与えると期待される。さらに,水系電解質における定電圧充放電のモデルとして,高電圧側で顕著に容量向上するキャパシタ電極の処理方法を開発した。この方法を我々は「高温定電圧処理」と称しているが,特定の電解液中において高温加電状態で処理すると高電圧側で高容量成分が付加されるというものである。この処理を水系活性炭電極に適用することにより,高電圧側で300F/gという極めて大きな容量が観測された。この技術は従来の二重層反応メカニズムにファラデー容量を高電圧側のみに付加させる,シンプルかつ有効な方法として注目される。以上のように,高エネルギー密度化にきわめて有利な高電圧作動領域に,有る程度電位平坦性をもたらすことに成功した。これらを端緒とし、今後さらに研究を発展させる所存である。