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。

Type environment suitable for ultra-low コ ス ト · high エ ネ ル ギ ー density ス ー パ ー キ ャ パ シ タ の build に to け て, literature か ら anode の alternate optimal な を オ キ シ water acidification iron objects (beta FeOOH) と マ グ ネ タ イ ト (Fe3O4) stranded に り, reserve be 験 に お い て こ れ ら を synthetic し, features, evaluation of 価 を line っ た. そ の results, given a point の で Ming ら か に beta FeOOH electrode が optimal れ て い た た め, こ の electrode の さ ら な る high-performance (high capacity, レ ー ト features お よ び サ イ ク ル characteristics の) upward を 図 っ た. The conductivity <s:1> upward を pays attention to <s:1>, Co compound <e:1> adds がβ-FeOOH electrode <s:1> performance に and ぼす influence に に て検 て検 て検 て検 discusses た. CoCl2 あ る い は Co (NO3) 2 を Fe, Co = 9:1 (モ ル than) に な る よ う に に 駆 body solution before adding し, hydrothermal synthesis に よ り Ti メ ッ シ ュ に on sample を precipitation さ せ る こ と で electrode を cropping し た. X-ray inflexion に お い て, cropping し た い ず れ の electrode も basic な beta FeOOH の inflexion ピ ー ク を し, Co of の ピ ー ク は ほ と ん ど 観 measuring さ れ な か っ た. こ の こ と か ら, Co add に よ り precipitates の は basic structure - the せ ず, Co に よ る Fe の part replacement あ る い は non-crystalline の の Co compounds generated が in stopping さ れ た. ま た, SEM 観 examine に お い て も い ず れ の occasions も さ about 1 microns long の が acicular particles aggregation し た precipitates が 観 measuring さ れ, Co add に よ る の precipitation form large き な variations change は see ら れ な か っ た. 1 M LiCl solution の サ イ ク リ ッ ク ボ ル タ モ グ ラ ム に お い て, い ず れ の Co add beta FeOOH electrode で も without adding の も の に than べ, Ming ら か に sweep guide direction の fold り return し で よ り nasty shock な current 応 answer が 観 measuring さ れ, Co add に よ り conductivity の が shown sucking up さ れ た. Given お よ び レ ー ト feature point の で, synthetic に CoCl2 を add し た electrode が も most optimal れ て い る こ と が わ か り, さ ら に そ の electrode の 3000 サ イ ク ル が の capacity to maintain rate by about 85% after で あ り, without adding electrode の about 58% を big き く last っ た. こ れ は Co add に よ る conductivity ネ ッ ト ワ ー ク の generated と そ の な maintain を and shown good sucking す る も の と exam え ら れ る.