鉄化合物を用いた環境適合型超低コスト・高エネルギー密度スーパーキャパシタの創製

使用铁化合物创建环保的超低成本、高能量密度超级电容器

• 批准号: 22K05189
• 负责人: 野原 愼士
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: University of Yamanashi
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05189/
• 关键词: スーパーキャパシタ; Mn-Ni酸化物固溶体; Fe化合物; 非対称キャパシタ

環境適合型超低コスト・高エネルギー密度スーパーキャパシタの構築に向けて、文献から最適な負極の候補をオキシ水酸化鉄（β-FeOOH）とマグネタイト（Fe3O4）に絞り、予備実験においてこれらを合成し、特性評価を行った。その結果、比容量の点で明らかにβ-FeOOH電極が優れていたため、この電極のさらなる高性能化（高容量化、レート特性およびサイクル特性等の向上）を図った。導電性の向上を重視し、Co化合物の添加がβ-FeOOH電極の性能に及ぼす影響について検討した。CoCl2あるいはCo(NO3)2をFe:Co=9:1（モル比）になるように前駆体溶液に添加し、水熱合成によりTiメッシュ上に試料を析出させることで電極を作製した。X線回折において、作製したいずれの電極も基本的なβ-FeOOHの回折ピークを示し、Co種のピークはほとんど観測されなかった。このことから、Co添加により析出物の基本構造は変化せず、CoによるFeの部分置換あるいは非結晶のCo化合物の生成が示唆された。また、SEM観察においてもいずれの場合も長さ約1μmの針状粒子が凝集した析出物が観測され、Co添加による析出形態の大きな変化は見られなかった。1 M LiCl水溶液中のサイクリックボルタモグラムにおいて、いずれのCo添加β-FeOOH電極でも無添加のものに比べ、明らかに掃引方向の折り返しでより急激な電流応答が観測され、Co添加により導電性の向上が示唆された。比容量およびレート特性の点で、合成時にCoCl2を添加した電極が最も優れていることがわかり、さらにその電極の3000サイクル後の容量維持率が約85%であり、無添加電極の約58%を大きく上回った。これはCo添加による導電性ネットワークの生成とその良好な維持を示唆するものと考えられる。

为了构建环境友好的超低成本，高能密度超级电容器，最合适的负电极候选物从文献范围缩小到羟基羟基（β-feOOOH）和磁铁矿（FE3O4），并在预先实验和评估中合成了这些特征。结果，在特定电容方面，β-feooh电极显然是优越的，并且进一步提高了该电极的性能（更高容量，提高速率特征，周期特性等）。为了重点提高电导率，研究了CO化合物对β-FeOOH电极性能的影响。将COCL2或CO（NO3）2添加到前体溶液中，因此Fe：Co = 9：1（摩尔比），并通过热液合成将样品沉积在Ti网格上以制备电极。在X射线衍射中，所有产生的电极均显示出β-FeOOH的碱性衍射峰，并且几乎没有观察到CO物种的峰。这表明沉淀物的基本结构不会随着CO的添加而变化，并且由CO或形成非晶CO化合物的Fe部分取代。 Furthermore, in both cases, precipitates in which accumulating needle-like particles with a length of about 1 μm were observed in SEM observations, and no significant changes in precipitation morphology were observed due to the addition of Co. In the cyclic voltammogram in an aqueous 1 M LiCl solution, compared with the one without the Co-added β-FeOOH electrode, a more rapid current response was clearly observed when the sweep direction was folded向后，表明添加共同添加改善的电导率。就特定的容量和速率特征而言，发现在合成过程中添加的COCL2添加的电极是最佳的，并且3000个周期后电极的容量保留率约为85％，大大超过了无添加剂电极的量。人们认为这表明通过添加Co形成了导电网络及其良好维护。