Synthesis of 2D and 3D Novel-Carbon-Based Materials for the Application in Fuel Cells

用于燃料电池应用的 2D 和 3D 新型碳基材料的合成

• 批准号: 18F18063
• 负责人: 松田 厚範
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Toyohashi University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-07-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18F18063/
• 关键词: カーボン; 触媒; グラフェン; 酸化グラフェン; 燃料電池; キャパシタ; 還元型酸化グラフェン

2020年度、外国人特別研究員のRajesh KUMAR博士は、当初6月までの研究期間を予定していたが、コロナ感染症の影響で、「採用期間終了後の本邦滞在延長手続き」を行って本研究を2020年7月29日まで継続した。同氏は、無事帰国し、現在Indian Institute of Technology, Kanpurで、Ramanujan Fellowとして活躍している。当研究室では、還元型酸化グラフェン（rGO）の大量合成手順を確立し、それを標準作業手順書としてまとめると共に、rGOの様々な応用展開を進めた。合成したrGOは、XRD回折パターンにおいて12°付近に鋭いピークを有し、電子顕微鏡観察の結果ナノシート形態を有することを確認している。これを無機フィラーとしてポリベンゾイミダゾール（PBI）に添加したコンポジット電解質膜シートを用いた中温無加湿燃料電池の発電特性評価を行った。rGOの添加量が2wt％、リン酸ドープレベル（PADL）が8.0mol、白金（Pt）触媒使用量0.5mg/cm2とした場合には、無加湿条件下150℃で発電し、連続発電8～34時間の範囲で、時間の経過と共に、最大出力は120～264mW/cm2まで増大した。さらに、作動温度を160℃とした場合には、最大出力は～420mW/cm2まで増大する有望な結果を得た。しかしながら、170℃では、出力、連続発電特性共に、大きく低下することも明らかとなった。これらの研究成果を当該分野の波及効果の大きなJournalに学術論文として公表するために、現在も継続的に検討を進めている。また、得られた研究成果の原著論文としての公表はもとより、関連材料分野の調査を行い、国際共著のレビュー論文として、Materials Today (IF=26.416)に、Heteroatom doped graphene engineering for energy storage and conversion(Review)を公表することができた。新しい取り組みとして、rGOを用いた電磁波遮蔽材料やレーザパターニングの検討を終えた。

2020年，特殊的外国研究人员拉吉什·库马尔（Rajesh Kumar）博士计划在6月之前进行研究期，但由于199日期的大流行病的影响，他采取了“在招聘期结束后留在日本的扩展程序”，并继续这项研究，并继续进行这项研究，直到2020年7月29日，他返回日本，直到日本人都活跃于Ramanujan Instruts in Indistion。我们的实验室建立了减少氧化石墨烯（RGO）的质量合成程序，将其作为标准操作程序手册进行了编译，并促进了RGO的各种应用。合成的RGO在XRD衍射模式中具有尖锐的峰值，通过电子显微镜证实，它具有纳米片的形态。这被用作无机填充物，使用添加到多苯甲酰咪唑（PBI）中的复合电解质膜片（PBI）评估中等温度，加湿燃料电池的发电特性。当添加的RGO量为2 wt％时，磷酸盐掺杂水平（PADL）为8.0 mol，使用的铂（PT）催化剂量为0.5 mg/cm2，在未耗时的条件下在150°C下产生发电量，并且随着时间的推移，最大输出量增加到120 MW/MW/CMW/CM2越来越多。此外，当工作温度为160°C时，最大输出增加到〜420MW/cm2，这是一个有希望的结果。但是，还揭示了在170°C下，输出和连续发电特性都大大降低。我们将继续将这些研究结果视为在该领域具有巨大连锁反应的期刊中的学术论文。除了发布原始论文所获得的研究结果外，还进行了研究领域，作为共同撰写的评论论文，杂种掺杂的石墨烯工程用于储能和转换（评论）也可以在材料中发布（如果= 26.416）。作为一项新倡议，我们总结了使用RGO对电磁屏蔽材料和激光图案的考虑。

项目成果

One step synthesis Pd/NiO@rGO/CNTs nanocomposite for energy storage as supercapacitor application

• DOI: 10.1088/1742-6596/1461/1/012109
• 发表时间: 2020-03
• 期刊: Journal of Physics: Conference Series
• 作者: R. Kumar;M. Abdel-Galeil;A. Matsuda;S. Moshkalev

鉄空気電池の負極としてのFe3O4/rGO複合材料の作製と特性評価

铁空气电池负极Fe3O4/rGO复合材料的制备及表征

• 发表时间: 2020
• 作者: Kumar Rajesh;Abdel-Galeil Mohamed M.;Ya Kyaw Zay;Fujita Kosuke;Tan Wai Kian;Matsuda Atsunori;浅見健太・Tan Wai Kian ・ Kumar Rajesh ・河村 剛・武藤浩行・松田厚範
• 通讯作者: 浅見健太・Tan Wai Kian ・ Kumar Rajesh ・河村 剛・武藤浩行・松田厚範

Fe3O4-embedded rGO composites as anode for rechargeable FeOx-air batteries

• DOI: 10.1016/j.mtcomm.2020.101540
• 发表时间: 2020-12
• 期刊: Materials today communications
• 影响因子: 3.8
• 作者: W. K. Tan;Kenta Asami;Keiichiro Maegawa;Rajesh Kumar;G. Kawamura;H. Muto;A. Matsuda

豊橋技術科学大学 電気・電子情報工学系 材料エレクトロニクス分野 松田・武藤・河村研究室HP

丰桥工业大学电气电子信息工学科材料电子领域松田/武藤/川村实验室HP

Universiti Sains Malaysia(マレーシア)

马来西亚理科大学（马来西亚）