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グラフェンを用いた高性能リチウム電池電極材料の開発

利用石墨烯开发高性能锂电池电极材料

基本信息

批准号：
10F00207
负责人：
本間格
金额：
$ 1.22万
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：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

平成23年度の研究においては、単原子層シート構造のグラフェンが3次元的に再積層化したキャパシタ電極の新規合成法開発を行った。グラフェンの合成時に酸化マンガンシートを導入して単原子層シートグラフェンとの交互再積層体を中間体として、これにアニリンモノマーを加えた後、マンガン酸化物シートの溶解とその場(in-situ)でのアニリンの酸化重合を同時に行った、これにより、グラフェンシート層間にポリアニリンがスペーサーとして挿入された3次元構造を有したナノグラフェン/ポリアニリン再積層体電極の合成に成功した。この3次元電極は水溶液中(1M-H_2SO_4)で641F/gの非常に巨大なキャパシタ容量を示した、このキャパシタ容量はグラフェン材料において現時点では世界最高値である。この巨大容量の発現は、イオン拡散パスを有した3次元再積層体グラフェンで表面積利用効率が向上したことから電気二重層(EDLC)容量の増大が実現したこと、および、スペーサーとして挿入したポリアニリンの電気化学活性なプロトン容量が加算されたためと考えられる。また、さらに高容量型グラフェン電極開発を目的にナノ結晶活物質が表面修飾された高エネルギー密度型電極の合成法開発と充放電特性評価を行った。研究目標値としたリチウム貯蔵容量800mAh/gの負極容量に迫る性能を達成し、さらにこれらのグラフェン修飾電極の充放電サイクル特性の評価も行った。これらのリチウム電池電極材料の性能は電気自動車用高密度二次電池に要求される電極性能を有しており、グラフェンを効果的に利用した新しい高性能リチウム二次電池電極材料を単原子層シートグラフェンをベースに開発することが出来た。

Pp.47-53 23 year の research においては, 単 atomic layer シート tectonic のグラフェンがに horizon again of 3 dimensional したキャパシタ electrode の new rules synthesis open 発を line った. グラフェンの synthesized に acidification マンガンシートを import して単 atomic layer シートグラフェンとの interaction then laminated body を intermediates として, これにアニリンモノマーを plus えた, マンガン acidification content シートの dissolved とその field (in - situ) でのアニリンの acidification overlap を line at the same time にった, これにより, グラフェンシート interlayer にポリアニリンがスペーサーとして scions into された 3 yuan a しを construction たナノグラフェン / ポリアニリン then laminated body electrode の synthetic に successful した. このは three dimensional electrode in aqueous solution (1 m - H_2SO_4) で 641 f/g の is very huge になキャパシをタ capacity in した, このキャパシタ capacity はグラフェン material において now point では on the world's highest numerical である. この huge capacity の発は, イオン company, scattered パスを have した three yuan then laminated body グラフェンで surface area using the working rate が upward したことから electric double layer (EDLC) 気の raised much capacity が be presently したこと, および, スペーサーとして scions into したポリアニリンの electric 気 chemical activity なプロトン capacity is がされたためと Take えられる. また, さらに type high capacity グラフェン electrode open 発を purpose にナノ crystallization が live material surface modification された high エネルギー density type electrode の synthesis 発と charge-discharge characteristics evaluation 価を line った. Research on target numerical としたリチウム蔵 storage capacity of 800 mah/g の forced negative capacity にるを reach し performance, さらにこれらのグラフェン modified electrodes の charge-discharge サイクル features の review 価も line った. これらのリチウム battery electrode materials の performance は electric 気 automatic vehicle に require high density secondary battery される electrode performance を have しており, グラフェンを unseen fruit に using した new しい high-performance リチウム secondary battery electrode materials を単 atomic layer シートグラフェンをベースに open 発することがた.