炭素-非水電解質界面の機能設計による高エネルギー密度キャパシタの構築

通过碳-非水电解质界面功能设计构建高能量密度电容器

• 批准号: 21350101
• 负责人: 森田 昌行
• 金额: $ 10.82万
• 依托单位: Yamaguchi University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21350101/
• 关键词: 電気化学キャパシタ; 炭素材料; 容量発現機構; 電解質組成; 擬似容量; 表面修飾; 高エネルギー密度

1. 炭素-非水電解質界面での静電容量の発現機構解析物質移動の影響を最小限にできる平滑表面を持つ炭素質電極を用い,有機溶媒電解液中での電気二重層容量を直流法と交流法を用いて評価した。電気化学水晶振動子(EQCM)を用いることにより,電極表面でのイオンおよび溶媒の吸脱着(集積・離散)挙動をモニターし,電気二重層容量の発現機構を明らかにした。電気二重層構造に関する古典的モデルにより容量挙動の主要部分は説明可能であったが,イオンおよび溶媒分子の吸着量はその大きさに制限され,二重層容量はそれらの序列に従い変化することを実証した。2. レドックス活性種による高表面積炭素の修飾効果比表面積の大きな活性炭に種々の方法で金属酸化物または導電性ポリマーを担持・複合化する方法について,その容量挙動に及ぼす効果を検証した。鉄酸化物は水溶液電解質中では大きな擬似容量を発現することはこれまで知られていたが,有機溶媒電解液およびイオン液体中でも容量発現に寄与することを明らかにした。電子伝導性を持つポリアニリンを修飾した高表面積炭素複合物では,その容量挙動は電解質組成に大きく依存して変化した。電解液の粘度が低いほど高い容量と良好なレート(充放電速度)特性を与える傾向にあったが,電解質のイオン種はポリアニリンの擬似容量の発現そのものにも影響することを明らかにした。3. 炭素表面における大容量化構造の設計これまで得られた知見をもとに,2種の炭素ベース材料について,その構造設計を行った。ソフトテンプレートと呼ばれる手法により細孔構造を制御した炭素を調製し,そのキャパシタ特性を評価した。ガス吸着法による比表面積は小さいものの,レート特性に優れたキャパシタ電極の開発につながる良好な特性が得られた。高温熱処理により黒鉛化する比較的比表面積の小さなソフトカーボンについては,電気化学的な処理により容量が著しく増大する現象(「電気化学活性化」という)を認めた。活性化過程に及ぼす電解液組成および分極条件を精査し,活性化の機構を明らかにするとともに,高い容量と優れたレート特性が得られる条件を確立した。

1. Carbon - nonaqueous electrolyte interface で の electrostatic capacity の 発 institutions now analytical material mobile の influence を minimum に で き る smooth surface を を つ carbon quality electrode with い, organic solvent in the electrolyte で の を dc electric 気 double layer capacity method と communication method を with い て review 価 し た. Electric 気 chemical crystal oscillator (EQCM) を い る こ と に よ り, electrode surface で の イ オ ン お よ び solvent の suck off the product (set, discrete) 挙 dynamic を モ ニ タ ー し, electric 気 double layer capacity の 発 institutions now を Ming ら か に し た. Electric 気 bilayer structure に masato す る classic モ デ ル に よ り capacity 挙 primary section は の may で あ っ た が, イ オ ン お よ び solvent molecules の sorption amount は そ の big き さ limitations に さ れ, double layer capacity は そ れ ら の sequence に 従 い variations change す る こ と を card be し た. 2. レ ド ッ ク ス activity of に よ る high surface area carbon の modified unseen fruit large specific surface area の き な に kinds of active carbon 々 の way で metal acidification content ま た は conductivity ポ リ マ ー を take hold, compound す る method に つ い て, そ の capacity 挙 move に and ぼ す unseen fruit を 検 card し た. Iron objects acidification content は in aqueous electrolyte で は big き な quasi capacity を 発 now す る こ と は こ れ ま で know ら れ て い た が and organic solvent electrolytes お よ び イ オ ン liquid で も capacity 発 に send and す る こ と を Ming ら か に し た. Electronic 伝 conductivity を hold つ ポ リ ア ニ リ ン を modified し た high surface area carbon compounds で は, そ の capacity 挙 moved は electrolyte composition に big き く dependent し て variations change し た. Electrolyte の low viscosity が い ほ ど high い capacity と good な レ ー ト (charging and discharging speed) properties を and え る tendency に あ っ た が, electrolyte の イ オ ン kind は ポ リ ア ニ リ ン の quasi capacity の 発 now そ の も の に も influence す る こ と を Ming ら か に し た. 3. The surface of carbon に お け る large capacity structure の design こ れ ま で have ら れ た knowledge を も と に, two の carbon ベ ー ス material に つ い て, そ の line structure design を っ た. ソ フ ト テ ン プ レ ー ト と shout ば れ る gimmick に よ り pores structure を suppression し た carbon を modulation し, そ の キ ャ パ シ タ features を review 価 し た. ガ ス sorption method に よ る small specific surface area は さ い も の の, レ ー ト features に optimal れ た キ ャ パ シ タ electrode の open 発 に つ な が る な features good が must ら れ た. High temperature hot 処 Richard に よ り black lead す る compared with a small specific surface area の さ な ソ フ ト カ ー ボ ン に つ い て は, electric 気 chemical な 処 Richard に よ り capacity が the し く raised large す る phenomenon (" electric 気 chemical activity "と い う) を recognize め た. Activation process に and ぼ す electrolyte composition お よ び を fine check し polarization conditions, activeness の institutions を Ming ら か に す る と と も に, high い capacity と optimal れ た レ ー ト features が must ら れ を る conditions established し た.

项目成果

グラシーカーボンおよびダイヤモンド電極上での電気二重層容量

玻碳和金刚石电极上的双电层电容

• 发表时间: 2010
• 作者: 金仁泰;ほか4名
• 通讯作者: ほか4名

Capacitance of porous carbon electrode in mixed salt non-aqueous electrolytes

• DOI: 10.1016/j.jpowsour.2009.09.041
• 发表时间: 2010-03
• 期刊: Journal of Power Sources
• 影响因子: 9.2
• 作者: M. Egashira;Nozomu Sawada;K. Ueda;N. Yoshimoto;M. Morita

EQCM法を用いた炭素-有機電解液界面における電気二重層構造の解析

EQCM法分析碳-有机电解质界面的双电层结构

• 发表时间: 2010
• 作者: 金仁泰;森田昌行;ほか
• 通讯作者: ほか

トリアゾール系混合電解液のハイブリッドキャパシタ電極への適用

三唑基混合电解液在混合电容器电极中的应用

• 发表时间: 2009
• 作者: 上田一輝;ほか3名
• 通讯作者: ほか3名

有機電解液中での安定ラジカルの酸化還元挙動

有机电解质中稳定自由基的氧化还原行为

• 发表时间: 2010
• 作者: 町田博史;森田昌行;ほか
• 通讯作者: ほか