鋳型法により高度に構造制御されたエネルギー貯蔵用炭素ナノ複合材料の開発

利用模板法开发结构高度可控的碳纳米复合储能材料

• 批准号: 10J06996
• 负责人: 糸井 弘行
• 金额: $ 0.83万
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J06996/
• 关键词: 鋳型法; ゼオライト鋳型炭素; ゼオライト; 電気化学キャパシタ; 擬似容量; 電気化学的酸化; キノン; 酸化還元反応; 電気二重層キャパシタ; ヒートポンプ; リチウムイオン電池; ナノシリコン

本研究の目的は鋳型法を利用し、ナノレベルで炭素の構造を高度に制御することによって高エネルギー貯蔵材料を開発することである。最終年度に当たる当該年度はゼオライト鋳型炭素を電気化学的に酸化させることによって炭素系材料の中では世界最大の電気化学キャパシタ容量を示すことが明らかになったため、当該年度はこのゼオライト鋳型炭素の電気化学的酸化の詳細な研究を行った。ゼオライトを鋳型として合成されるゼオライト鋳型炭素は高表面積と構造規則性、更に導電性を有する炭素材料であるため、電気化学キャパシタの電極材料として用いることで多量の電気エネルギーが蓄えられることが既に明らかになっている。第一年度目では更に多くのエネルギー貯蔵を目的として、単位表面積あたりの容量を増加させるヘテロ原子をゼオライト鋳型炭素にドーピングすることを検討した。しかし当該年度ではゼオライト鋳型炭素を電気化学的に酸化することを検討した結果、ゼオライト鋳型炭素の構造規則性を維持した状態でヘテロ原子である酸素を多量に導入することに成功した。しかもこの手法によりキノンのみが選択的に導入されることが明らかになり、電気化学キャパシタ容量が511F/gという炭素系材料の中では世界最大の容量を示した。これは電気二重層容量に加えてキノンで起こる酸化還元反応に由来する擬似容量が加わるためである。更にゼオライト鋳型炭素は20A/gという急速充放電においても400F/gを超える極めて高い容量を示し、1万サイクルの充放電試験を経ても容量の低下が殆ど確認されず優れた耐久性を示した。これまでの研究報告では含酸素官能基の酸化還元反応は耐久性が低く急速充放電に向かないとの認識が一般的であったが、今回得られた結果はこれまでの報告と相反する結果であり、キノンが耐久性が高く素早い酸化還元反応に優れた官能基であることを明らかにすることができた。

The purpose of this study is to utilize the carbon-based method and the structure and height of the carbonaceous carbon. Control the することによって高エネルギーstorage material を开発することである. In the final year, the acidification of carbon-based carbon-based materials of the current year is the world's largest electrochemical industry. The capacity of the キャパシタ indicates the すことが明らかになったため, and the current year Detailed research on electrochemical acidification of のゼオライト鋳 type carbon was carried out. The ゼオライトを鋳 type として synthetic されるゼオライ ト鋳 type carbon has a high surface area, structural regularity and better conductivity, and is a carbon material. , electrochemical chemistry electrode material and use of large quantities电気エネルギーが気えられることがに明らかになっている. In the first year, the purpose of the first year is to update the storage capacity of the unit surface area.をincreased させるヘテロatomic をゼオライト鋳-type carbon にドーピングすることを検した. The results of the acidification of the ではゼオライト鋳 type carbon をelectrochemical chemistry in that year, ゼオライトThe regularity of the structure of the indium-type carbon was maintained and the atomized carbon atoms were introduced successfully in large quantities.しかもこのtechniqueによりキノンのみが选択's に Import されることが明らかになり, 电気Learn about the world's largest capacity of carbon-based materials with a capacity of 511F/g. The origin of これは电気 Double layer capacityに加えてキノンでriseこるacidification reduction reaction にするquasi-capacity がるためである. More advanced carbon monoxide type 20A/g, rapid charge and discharge, 400F/g, ultra-high charcoal The capacity is shown, and the 10,000-meter charge and discharge test is carried out to confirm the capacity is low and the durability is shown.これまでのResearch reportではContaining acidic functional group のAcidification reduction reaction はDurability がLow くRapid charge and discharge にorientation かないとのUnderstanding がGeneral であったが, this time I got られた resultsはこれまでの report と opposite する results であり、キノンが durability が高くSuhay いAcidification and reduction of the れたfunctional group であることを明らかにすることができた.

项目成果

Effect of Heteroatom-Doping on the Physical Properties of Zeolite-Templated Carbons

杂原子掺杂对沸石模板碳物理性能的影响

• 发表时间: 2010
• 作者: Hiroyuki Itoi;Hirotomo Nishihara;Takafumi Ishi;Raul Berenguer Betrian;Takashi Kyotani;西原洋知;糸井弘行
• 通讯作者: 糸井弘行

ゼオライト鋳型炭素の構造制御による電気化学キャパシタ性能の最大化

通过控制沸石模板碳的结构最大限度地提高电化学电容器的性能

• 发表时间: 2010
• 作者: 糸井弘行;西原洋知;京谷隆
• 通讯作者: 京谷隆

Synthesis of Si/C Composites with Buffer Space around Each Si Nanoparticle and Their Performance of Li Insertion/Extraction

硅纳米颗粒周围有缓冲空间的 Si/C 复合材料的合成及其锂嵌入/脱嵌性能

• 发表时间: 2011
• 作者: Hirotomo Nishihara;Takashi Suzuki;Hiroyuki Itoi;Shinichiro Iwamura;Takashi Kyotani
• 通讯作者: Takashi Kyotani

A High Performance Electrochemcial Capacitor in an Aqueous Electrolyte Using Zeolite Templated Carbon with Fully Exposed Edge Sites

使用具有完全暴露边缘位点的沸石模板碳的水电解质中的高性能电化学电容器

• 发表时间: 2011
• 作者: Hiroyuki Itoi;Hirotomo Nishihara;Takafumi Ishii;Raul Berenguer Betrian;Takashi Kyotani
• 通讯作者: Takashi Kyotani

鋳型でつくるカーボン系均一ナノ多孔性材料のエネルギー貯蔵研究への応用

模具制备的碳基均匀纳米多孔材料在储能研究中的应用

• 发表时间: 2011
• 期刊: TANSO
• 作者: 西原洋知;糸井弘行;伊藤仁;Somlak Ittisanronnachai;Kwon Taeri;Khanin Nueangnoraj;岩村振一郎;京谷
• 通讯作者: 京谷