一次元炭素同素体カルビン状構造を起源とする多孔性炭素の調製と電気二重層容量

一维碳同素异形体类卡尔文结构制备多孔碳及双电层容量

• 批准号: 13750770
• 负责人: 白石 壮志
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Gunma University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750770/
• 关键词: ポリテトラフルオロエチレン; カルビン; 多孔質炭素; 電気二重層容量; 細孔径分布; メソ孔; 多孔性炭素

1.はじめに現在、電気二重層キャパシタ用電極材料には活性炭などの多孔質炭素が用いられているが、多孔質炭素電極の微細構造と二重層容量との関係には不明な点が多い。研究代表者はこれまでに、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の脱フッ素化反応によって生成するカルビン状構造から、高い二重層容量特性を示すメソポーラスカーボンを調製した。本年度は、上記のPTFE系メソポーラスカーボンの二重層容量特性と細孔側壁の炭素原子の配列状態との相関について明らかにした。2.実験手法リチウムナフタレニドを用いてPTFEの脱フッ素化(炭素化)を行った。脱フッ素化物を800℃で熱処理することで副生成物のLiFドメインを発達させた。その後、希塩酸によってLiFを除去することで脱フッ素化物をメソポーラス化した。これ以降、得られた試料をPCPTFEと呼ぶ。細孔構造は、窒素吸脱着測定によって行った。二重層容量は、1.0MのLiClO_4を含むプロピレンカーボネート中で定電流法により求めた。細孔側壁の炭素原子の配列状態は酸素吸着を用いた昇温脱離法(TPD)によって分析した。3.結果と考察二重層容測定の結果、PCPTFEは、ほぼ同じ比表面積を持つメソポーラスカーボンブラックに比べてカチオン吸着容量、アニオン吸着容量ともに大きいことが分かった。メソポーラスカーボンブラックは、PCPTFEと同様、細孔幅が大きいためイオン篩効果が現れない。このため、PCPTFEの高い容量は細孔径分布の影響だけでは説明できない。一方、TPDによる細孔側壁の分析によって、PCPTFEの細孔側壁は酸素吸着に対して活性が高く、酸素の吸着サイトの密度が他の多孔質炭素よりも高いことが分かった。以上の結果により、PTFE系メソポーラスカーボンの高い二重層容量特性は細孔構造だけでなく細孔側壁の炭素の配列状態によるものであることが明らかになった。

1. The relationship between the microstructure of porous carbon electrode and the capacity of double layer is unknown. The research representative showed that the PTFE was modulated by the high and low double-layer capacity characteristics. In this year, the PTFE system has been described as a double-layer capacity characteristic and a correlation between the alignment state of carbon atoms in the pore sidewall. 2. To realize the process of PTFE decarbonization (carbonization). The heat treatment at 800℃ for the dephosphorization compound resulted in the formation of LiF as a byproduct. After that, the acid was removed from the solution. For example, if you want to reduce the temperature of the sample, you can use PCPTFE. Pore structure, absorption and desorption determination. The double layer capacity of LiClO_4 is 1.0M. The coordination state of carbon atoms in the sidewall of pores was analyzed by TPD. 3. Results The results of double layer volume measurement, PCPTFE, and the specific surface area of the same layer were investigated. The size of the pores is larger than the size of the pores. The influence of high volume and fine pore size distribution of PCPTFE is explained. Analysis of pore sidewalls of PCPTFE with TPD and TPD shows that the pore sidewalls of PCPTFE have high activity for adsorption of acid and high density for adsorption of acid and other porous carbon. The above results show that the PTFE system has a high double-layer capacity and a fine pore structure.

项目成果

Soshi Shiraishi, et al.: "Double Layer Capacitance of Porous Carbons Derived From Defluorination of PTFE"Molecular Crystal and Liquid Crystal. 388. 129-135 (2002)

Soshi Shiraishi 等人：“PTFE 脱氟衍生的多孔碳的双层电容”分子晶体和液晶。

白石壮志: "炭素細孔体界面におけるイオン吸脱着と電気二重層キャパシタ"化学と工業. 56. 129-132 (2003)

Takeshi Shiraishi：“碳多孔界面的离子吸附/解吸和双电层电容器”化学与工业，56. 129-132 (2003)。

Soshi Shiraishi, et al.: "Electric double layer capacitance of highly pure single-walled carbon nanotubes(HiPcoBuckytubes) in propylene carbonate electrolytes"Electrochemistry Communications. 4. 593-598 (2002)

Soshi Shiraishi 等人：“碳酸丙烯酯电解质中高纯单壁碳纳米管（HiPcoBuckytubes）的双电层电容”电化学通讯。

白石 壮志, 大谷 朝男 (2章2節分担、監修 田村 英雄、編者 松田 好晴ら: "電子とイオンの機能化学シリーズVol.2 大容量電気二重層キャパシタの最前線"エヌ・ティー・エス. 373(13) (2002)

白石武、大谷麻男（第2章第2节，田村秀雄监修，松田良晴等编辑：《电子与离子功能化学系列第2卷：大容量双电层电容器的最前沿》NTS。 373（13）（2002）