高密度活性炭素繊維の製造と電極材料への応用

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活性炭素繊維(ACF)は粒状活性炭と比較して、比表面積が大きい上に吸脱着速度が大きく、高性能な活性炭として広く認知されている。しかしながら、充填密度が低く、粒状活性炭が0.5g/cc程度であるのに対し0.3/cc以下である。本研究では、熱間成型法を用いて高密度な活性炭素繊維(HD-ACF)を製造することを目的とした。また、製造に成功したHD-ACFを電気二重層キャパシタの電極として使用し、電極材料への適用性を検討した。1.熱間成型法によるHD-ACFの製造の開発 不融化繊維に〜200Kg/cm3の機械的な荷重を負荷しながら、500℃まで昇温した結果、1g/ccもの高密度な繊維を得ることができた。この高密度繊維はその後の炭化・賦活操作においても割れたり、崩れたりすることなく、最終的に0.8g/ccものHD-ACFを製造することができた。この方法では、熱間成型時の繊維に負荷する荷重を変えることによって、簡便に密度を変化させることができ、HD-ACFの製造法としては非常に有効な方法であることがわかった。2.HD-ACFの電極材料への適用性の検討 HD-ACFを水溶液系電気二重層キャパシタの電極として使用したところ、繊維重量当たりの静電容量は粉末をシート状にしたものと同じで、高密度化による性能の低下は見られなかった。市販されているACFキャパシタの電極密度は0.2g/cc程度であり、以下に電極の密度を上げるかがキャパシタの高容量化の鍵となっている。0.8g/ccのHD-ACFを電極に使用すると容積当たりの静電容量が実に4倍にもなり、高容量キャパシタ電極として非常に適していることがわかった。