グラフェン階層化ハイブリッド材料によるエネルギー変換・貯蔵デバイス

点击翻译按钮获取中文摘要

プロジェクト１：液中パルスプラズマによるグラファイトからグラフェンシートへの直接剥離法～低コストプロセスによるグラフェン作製法の開発～を目指した。具体的には、メラミン水溶液中にグラファイト電極を浸し、パルス電圧を印加することによって液中プラズマを発生させ、グラファイトからの直接剥離を行った。得られたグラフェンは、表面に吸着したメラミンの働きで、水中で数ヶ月以上の安定な分散状態が保てることを確認した。また、元素分析等により、酸化度の低いグラフェンであることが確認された。プロジェクト２：鉄粒子による酸化グラフェンの新規な還元法の開発～低コストかつ簡便な酸化グラフェンの脱酸素化プロセス～として、強酸水溶液中で鉄粒子を用いた還元反応を実施した。ヒドラジン等の代表的な還元剤と比較して、鉄粒子は安定かつ無害でありながら、還元反応は比較的に低温で進行し、得られたグラフェンは高い還元率を示した。作製されたグラフェンからバインダーフリーで電極を作製し、アルカリ溶液中での電気容量特性を評価した結果、一般的なヒドラジンによる還元型グラフェンよりも高い電気容量が得られた。さらには１０００サイクルにも及ぶ電圧掃引に対する耐性や、電気容量の安定性を示すことから、今後の展開において添加剤及びバインダーフリーのスーパー・キャパシタの作製が期待される。プロジェクト３：～アミノ酸ポリマーによるグラフェンの分散処理～本課題では、アクリル酸β-アラニン（PMBA）を用いてグラフェン表面を修飾し、再凝集の防止と分散性の向上を目指した。具体的には、酸化グラフェンとMBAを混合し、ラジカル重合反応を行い、さらにヒドラジン還元により表面修飾された還元型グラフェンを得た。作製された複合材料を用いて電極を作製し、電気化学的特性の評価を行った結果、高い電気容量と２５０サイクル以上の安定性を確認した。