超高容量キャパシタ用ナノポーラスヘテロアトムカーボン電極の開発

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窒素やホウ素などのヘテロアトムを導入した炭素細孔体は、炭素界面の電子物性の変化やレドックス反応により容量の向上が期待できる。本研究では、含窒素炭素細孔体ならびホウ素含有炭素細孔体を調製し、その界面容量特性の評価を行った。含窒素炭素細孔体の調製は、ポリテトラフルオロエチレン系炭素細孔体の調製法に準じた。含窒素パーフルオロカーボンとしてペンタフルオロピリジン、シアヌリックフルオライドおよびペンタフルオロベンゾニトリルを用いた。これらの含窒素パーフルオロカーボンをナトリウム/カリウムナフタレン錯体のジメトキシエタン溶液により脱フッ素化した。得られた脱フッ素化物を、800℃の熱処理(N_2中)・希塩酸処理し、さらに800℃で再度熱処理(N_2中)することで含窒素炭素細孔体を調製した。窒素吸脱着測定の結果、全ての試料は約1000m^2g^<-1>の比表面積を有する細孔体であった。XPS分析の結果、導入された窒素の化学状態は、四級もしくはピロール、およびピリジン型であった。全ての試料のアニオン吸着とカチオン吸着の面積比容量(C_<SA>(anion),C_G(cation))について比較を行った。その結果、含窒素多孔質炭素のC_<SA>(anion)(約10μFcm^<-2>)は一般的な活性炭(約7μFcm^<-2>)に比べて大きい値を示した。この高い面積比容量の原因については、空間電荷層容量の向上・レッドクス容量(擬似容量)の寄与によるものと思われる。また他に、細孔側壁の濡れ性の向上の寄与の可能性も挙げられ、さらにはこれらの三つの因子の相乗作用も考えられる。ホウ素含有炭素細孔体は、活性炭と酸化ホウ素との熱処理によって調製された。ホウ素の含有率は約1%であったが、面積比容量で約1割の向上が確認された。含有ホウ素は酸素と結合した状態であり、含有ホウ素の化学状態を最適化することで更なる容量の向上が見込める。