新規な酸性高分子ヒドロゲル電解質薄板の開発と電気二重層キャパシタへの応用

新型酸性聚合物水凝胶电解质薄板的研制及其在双电层电容器中的应用

• 批准号: 17750185
• 负责人: 野原 愼士
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Osaka Prefecture University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17750185/
• 关键词: 電気二重層キャパシタ; 酸性高分子ヒドロゲル電解質; ポリビニルアルコール; グルタルアルデヒド; 硫酸水溶液; 電気伝導率; 自己放電特性

本年度の研究実績の概要は次の通りである。1)前年度は、4M硫酸水溶液を大量に保持する均質で透明な酸性高分子ヒドロゲル電解質薄板の作製に成功したが、本年度はまずこの電解質について種々の特性評価を行った。その結果、この電解質は電気二重層キャパシタ(EDLC)の作動電位範囲では、電気化学的に安定で、また常温で密閉容器に数ヶ月間保存しても変色、相分離などを起こさず、化学的な安定性にも優れることがわかった。さらに、この電解質は4M硫酸水溶液に近い非常に高い電気伝導率(室温で約0.6Scm^<-1>)を示すとともに、電気伝導率の活性化エネルギーも非常に近い値(8.9kJmol^<-1>)であることがわがり、このことから硫酸水溶液とイオン伝導機構が類似していることが考えられる。2)4M硫酸水溶液を保持する高分子ヒドロゲル電解質薄板を用いたEDLCの電気化学特性を評価した結果、サイクリックボルタンメトリーおよび定電流での充放電試験において、前年度までに作製した1M硫酸水溶液を保持したものに比べて大きな静電容量(1.2〜1.3倍)を示し、また高率放電試験においても、測定したすべての電流値でより大きな放電容量を示した。以上の結果より、ヒドロゲル電解質中の硫酸を4Mのような高濃度にすることは、EDLCの特性向上に必要不可欠であることが明らかとなった。3)前年度に示した酸性高分子ヒドロゲル電解質薄板により自己放電が抑制される原因を調べるために、不純物のFeイオン種の影響について検討した。その結果、硫酸水溶液中のFe^<2+>の濃度を減少させることにより、自己放電が抑制されることがわかった。また、自己放電反応の律速段階は、正極では電荷移動過程(例えばFe^<2+>の酸化反応)で、負極では拡散過程(例えば正極で生成したFe^<3+>などの還元反応)であることが示唆された。高分子ヒドロゲル電解質による活性炭からのFeイオン種の溶出、拡散の抑制が、自己放電抑制の一因であることが強く示唆される。

Summary of the research achievements of this year である times である である. 1) before the annual は, 4 m sulfuric acid aqueous solution を large に keep す る homogeneous で transparent な acid polymer ヒ ド ロ ゲ ル electrolyte thin の cropping に successful し た が, this year's は ま ず こ の electrolyte に つ い て kind 々 の characteristics evaluation 価 を line っ た. そ の results, こ の electrolyte は electric double layer キ 気 ャ パ シ タ (EDLC) の actuation voltage van 囲 で は, electric 気 chemical に stability で, ま た で airtight container number に ヶ months under normal temperature preservation し て も - color, phase separation な ど を up こ さ ず, chemical な stability に も optimal れ る こ と が わ か っ た. さ ら に, こ の は 4 m sulfuric acid electrolyte aqueous solution に nearly very high に い い electric 気 伝 conductivity (で at room temperature about 0.6 Scm ^ < - > 1) を shown す と と も に, electricity 気 伝 conductivity の activeness エ ネ ル ギ ー も very nearly い に nt (8.9 kJmol ^ < - > 1) で あ る こ と が わ が り, こ の こ と か ら sulfuric acid aqueous solution と イ オ ン 伝 institutions Youdaoplaceholder0 is similar to て る る とが とが test えられる. 2) 4 m sulfuric acid aqueous solution を keep す る polymer ヒ ド ロ ゲ ル electrolyte thin を with い た EDLC 気 の electricity chemistry を review 価 し た results, サ イ ク リ ッ ク ボ ル タ ン メ ト リ ー お よ び rated current で の charge-discharge test に お い て, former annual ま で に cropping し た 1 m sulfuric acid aqueous solution を keep し た も の に than べ て big き な electrostatic capacity (1. 2 ~ 1.3 times) を し, ま た high rate discharge test に お い て も, determining し た す べ て の current numerical で よ り big き な discharge capacity を shown し た. の above results よ り, ヒ ド ロ ゲ ル の sulphuric acid in electrolyte を 4 m の よ う な high-concentration に す る こ と は, EDLC の features に up necessary not owe で あ る こ と が Ming ら か と な っ た. 3) before the annual に shown し た acid polymer ヒ ド ロ ゲ ル electrolyte thin に よ り himself discharge が suppress さ れ る reason を adjustable べ る た め に, impurity content の Fe イ オ の affecting ン に つ い て beg し 検 た. そ の results, sulfuric acid in aqueous solution, の Fe ^ 2 + < > の concentration を reduce さ せ る こ と に よ り, their discharge が suppression さ れ る こ と が わ か っ た. ま た, discharge the 応 の law speed Duan Jie は, the positive で は charge movement (example え ば Fe ^ 2 + < > の acidification anti 応) で, negative で は company, the process (example え ば anode で generated し た Fe ^ < 3 + > な ど の is yuan against 応) で あ る こ と が in stopping さ れ た. Polymer ヒ ド ロ ゲ ル electrolyte に よ る activated carbon か ら の Fe イ オ ン の dissolution, scattered の company, inhibit が, their discharge inhibit の due to で あ る こ と が く and shown strong sucking さ れ る.

项目成果

第VI編第2章 3高分子ヒドロゲル電解質を用いる電気二重層キャパシタ(大容量キャパシタ技術と材料III-ユビキタス対応の超小型要素技術と次世代大型要素技術-)(監修 : 西野敦,直井勝彦)

第六卷第2章3使用聚合物水凝胶电解质的双电层电容器（大容量电容器技术和材料Ⅲ-普遍兼容的超小元件技术和下一代大元件技术-）（监督：Atsushi Nishino，Katsuhiko Naoi）

• 发表时间: 2006
• 作者: 川本 正;他;武田 圭生;Shinji Nohara;Hajime Wada;野原愼士
• 通讯作者: 野原愼士

Electrochemical characteristics of new electric double layer capacitor with acidic polymer hydrogel electrolyte

• DOI: 10.1016/j.jpowsour.2005.11.073
• 发表时间: 2006-09-22
• 期刊: JOURNAL OF POWER SOURCES
• 影响因子: 9.2
• 作者: Wada, Hajime;Yoshikawa, Kumiko;Iwakura, Chiaki
• 通讯作者: Iwakura, Chiaki

Hybrid capacitor with activated carbon electrode, Ni(OH)2 electrode and polymer hydrogel electrolyte

• DOI: 10.1016/j.jpowsour.2005.07.024
• 发表时间: 2006-06
• 期刊: Journal of Power Sources
• 影响因子: 9.2
• 作者: S. Nohara;T. Asahina;Hajime Wada;N. Furukawa;H. Inoue;N. Sugoh;H. Iwasaki;C. Iwakura