単層カーボンナノチューブ電極による電気二重層キャパシタの容量発現メカニズムの解明

阐明使用单壁碳纳米管电极的双电层电容器的容量发展机制

• 批准号: 08J02104
• 负责人: 荻野 真一
• 金额: $ 0.38万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J02104/
• 关键词: カーボンナノチューブ; 電気二重層; キャパシター

単層カーボンナノチューブ(SWCNTs)はグラフェンシートをナノサイズの円筒状に丸めた構造を持ち,バリスティック伝導性(電子の平均自由行程が大きい伝導特性)や高い比表面積を有することから,高出力用途における電気二重層キャパシタ(EDLC)の電極材料として非常に有望である.本研究の目的は,完全な結晶構造を持つSWCNTsのキャパシタ特性を明らかにすること,およびSWCNTs-電解液界面における電気二重層の形成メカニズムを解明することである.高結晶性SWCNTsの電気化学特性をより優位的に利用するために,電解液には希硫酸を用いる.また,電気化学測定(サイクリックボルタンメトリー)を行いながらSWCNTs-電解液界面近傍からの分光学的(ラマン散乱分光)測定を同時に行う.このその場測定は,電気化学的な情報に加えて,電気二重層形成に伴うSWCNTsの構造変化に関する情報を与え,電極反応の統一的見解を示すことが可能となる.高結晶性SWCNTsをEDLCの電極材料に適用すると,理想的な電気二重層キャパシタ特性を示し,さらに高レート特性も優れていることから,高結晶性SWCNTsは高出力用途向けEDLCにおいて非常に有効である.さらに,高結晶性SWCNTsを出発材料として用いることで,イオンの吸着メカニズムについて,これまでの手法では得ることのできなかった新たな知見を得ることができた.特に,In-situラマンスペクトルの測定においてSWCNTsの結晶性や官能基が,電極電位掃引下におけるGバンドのシフト挙動に影響を与えることを明らかにしたのは本研究が最初である.また,ACインピーダンス測定の結果から,電極反応プロセスについて解析したことも今までにない新たな試みである.今後,処理方法の検討や様々な溶媒や電解質を組み合わせてIn-situ測定が行われることが期待される.

Single layer carbon nanotubes (SWCNTs) are highly conductive (electron mean free path has large conductivity characteristics), high specific surface area, high output applications, and electrode materials for electric double layer carbon nanotubes (EDLC). The purpose of this study is to clarify the formation of an electrical double layer at the SWCNTs-electrolyte interface by maintaining a complete crystalline structure. The electrochemical properties of SWCNTs with high crystallinity are optimized for the use of electrolyte and sulfuric acid. Electrochemical measurements were carried out simultaneously with spectroscopic measurements near the SWCNTs-electrolyte interface. The measurement of electric field, the information of electrochemistry, the formation of electric double layer, the structural transformation of SWCNTs, and the unified view of electrode reaction show that it is possible. Highly crystalline SWCNTs are suitable for use as electrode materials for EDLC. Ideal electrical double-layer properties are shown. Highly crystalline SWCNTs are very useful for high output applications for EDLC. In addition, high crystalline SWCNTs are produced from materials with high crystallinity. In particular, the determination of the crystalline functional groups of SWCNTs under the sweep of electrode potential is the first step in this study. The result of AC measurement is different from that of electrode measurement. In the future, the treatment method will be discussed in detail.

项目成果

Influence of functional groups on the surface of Single-Walled Carbon Nanotubes as Electric Double Layer Capacitor Electrodes

单壁碳纳米管表面官能团对双电层电容器电极的影响

• 发表时间: 2008
• 作者: Shin-ichi Ogino;Yoshinori Sato;Masaru Namura;Wataru Oizumi;Hiroyuki Kamisuki;Takashi Itoh;Kenichi Motomiya;Balachandran Jeyadevan;Kazuyuki Tohji
• 通讯作者: Kazuyuki Tohji

電気二重層形成下における単層カーボンナノチューブ電極のその場ラマン分光

双电层形成下单壁碳纳米管电极的原位拉曼光谱

• 发表时间: 2008
• 作者: 荻野真一;佐藤義倫;名村優;大泉亘;紙透浩幸;伊藤隆;本宮憲一;バラチャンドラン・ジャヤデワン;田路和幸
• 通讯作者: 田路和幸