階層ナノカーボンを用いたレドックスキャパシタ電極の創製と機能発現メカニズムの解明

本研究では、カーボンナノファイバー、グラフェンナノリボン（GNR）など比表面積が大きく、電気伝導性に優れた一次元ナノカーボン材料を利用して、電気化学キャパシタのエネルギー密度と出力密度の向上を目指す。電気化学キャパシタの高エネルギー密度と高出力密度を達成するためには、電極内部に適切な電子伝導パスとイオン拡散パスを導入することが重要である。ここでは、一次元ナノカーボンによって形成される多孔性電極の内部構造（ナノカーボンによって形成される骨格構造と細孔構造）と物性の関係、さらにこの電極を用いて作製したキャパシタの性能を体系的に調査することによって、高性能電極の設計指針を示す。本年度は、一次元性(ネットワーク構造の構築)と二次元性(大きな比表面積)とを併せ持つリボン形状のGNRを用いた電極構造の制御について検討を行った。多層カーボンナノチューブの酸化開裂処理により得られた酸化型のGNRを化学的に還元することでGNRを作製した。さらに、得られたGNRの分散液中の凝集状態を制御することで、GNR積層シートの細孔構造の制御が可能であることを見出し、厚み方向に対して屈曲度の低い多孔性電極の作製が可能であることを明らかにした。厚み方向に屈曲度の低い細孔構造を有するGNR電極を用いたキャパシタでは、電極内での効率的なイオン拡散パスの形成によって内部抵抗が低減され、エネルギー密度と出力密度が同時に向上することを明らかにした。

本研究では、カーボンナノファイバー、グラフェンナノリボン（GNR）など比表面積が大きく、電気伝導性に優れた一次元ナノカーボン材料を利用して、電気化学キャパシタのエネルギー密度と出力密度の向上を目指す。電気化学キャパシタの高エネルギー密度と高出力密度を達成するためには、電極内部に適切な電子伝導パスとイオン拡散パスを導入することが重要である。ここでは、一次元ナノカーボンによって形成される多孔性電極の内部構造（ナノカーボンによって形成される骨格構造と細孔構造）と物性の関係、さらにこの電極を用いて作製したキャパシタの性能を体系的に調査することによって、高性能電極の設計指針を示す。本年度は、一次元性(ネットワーク構造の構築)と二次元性(大きな比表面積)とを併せ持つリボン形状のGNRを用いた電極構造の制御について検討を行った。多層カーボンナノチューブの酸化開裂処理により得られた酸化型のGNRを化学的に還元することでGNRを作製した。さらに、得られたGNRの分散液中の凝集状態を制御することで、GNR積層シートの細孔構造の制御が可能であることを見出し、厚み方向に対して屈曲度の低い多孔性電極の作製が可能であることを明らかにした。厚み方向に屈曲度の低い細孔構造を有するGNR電極を用いたキャパシタでは、電極内での効率的なイオン拡散パスの形成によって内部抵抗が低減され、エネルギー密度と出力密度が同時に向上することを明らかにした。