Thermally chargeable supercapacitors: self-powered welfare energy storage devices

热充电超级电容器：自供电福利储能装置

• 批准号: 22KF0389
• 负责人: 有賀 克彦
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0389/
• 关键词: ナノ物質; キャパシター; 熱電材料

本研究では、熱エネルギー（温度差や体動時に発生する人体熱）を単一デバイスで回収・蓄積し、スマートフォンや埋め込み型ポータブル電子機器に電力を供給できる新しい自己充電型パワーデバイスを開発することを目的とする。熱を蓄えた電荷（電気）に変換する熱電変換型スーパーキャパシタを開発する。近年、エネルギー集約と貯蔵の両機能を1つのデバイスに統合した自己充電型電源ユニットとして、熱電変換型スーパーキャパシタが開発されている。ただし、現存のデバイスでは、電気化学電池に比べてエネルギー密度が低く、セル電圧が低い、自己放電が大きい、充電に外部電源が必要などの大きな制約がある。そこで本研究は、温度依存性のある酸化還元活性電極材料と温度感受性イオン伝導性固体電解質を組み合わせることで、温度勾配を容易に維持し、熱電エネルギー変換効率が十分に高いデバイスの開発を行う。高エネルギー密度、高出力密度、長サイクル寿命を有する熱電変換型スーパーキャパシタ用の新規ハイブリッド材料を設計・開発する。水熱や共沈などの簡単な化学手法を用いる。電極と異なる高分子ゲル電解質の設計を改善するための指針を策定し、広い電圧範囲でのサイクル劣化に対する安定性（50,000 サイクル以上）に優れた新規の感温性酸化還元活性ポリマーゲル電解質を開発する。熱電変換型スーパーキャパシタの自己充電性能は、デバイスの両端に高温と低温を印加することでテストする。2022年度は、高エネルギー密度、高出力密度、長サイクル寿命を有する熱電変換型スーパーキャパシタ用の新規ハイブリッド材料を設計・開発する。導電性有機金属骨格 (MOF) ベースの材料を有望な電気二重層キャパシタ候補として検討し、量子サイズ（約1 nm）のポリオキソメタレート（POM）、酸化還元活性分子クラスターを擬似容量/ファラディック材料の可能性として選択した。

This study aims to develop a new type of self-charging electric power supply for electronic devices, namely, the recovery and accumulation of heat (temperature difference and body heat generated during body motion). Heat storage charge (electricity) conversion In recent years, the development of a new type of rechargeable power supply, thermoelectric power supply and storage system has been introduced. The current battery density is lower than the battery density, the battery voltage is lower, the battery discharge is higher, and the external power supply is more necessary for charging. In this study, the temperature dependence of acidizing active electrode materials, temperature sensitivity, conductivity, solid electrolyte composition, temperature matching, easy maintenance, thermoelectric generation, conversion efficiency, and development were studied. Design and develop new HABRICAD materials for thermoelectric conversion devices with high energy density, high output density, and long service life. Hydrothermal coprecipitation and simple chemical methods are used. Electrodes and polymer electrolytes are designed to improve their performance, stability (50,000 or more), temperature sensitivity, acidification, and electrolyte development. Thermoelectric switch type: high temperature and low temperature In 2022, we will design and develop new materials for high production density, high output density and long service life. Conductive organic metal lattice (MOF) materials are expected to be electrically double layered, quantum active (about 1 nm), acidified active molecules, pseudo-capacity, and material selection.

项目成果

Strengths, Weaknesses, Opportunities, and Threats (SWOT) analysis of Supercapacitors: A Review

• DOI: 10.1016/j.jechem.2022.12.030
• 发表时间: 2023-01
• 期刊: Journal of Energy Chemistry
• 影响因子: 13.1
• 作者: P. Shinde;Q. Abbas;N. Chodankar;K. Ariga;Mohammad Ali Abdelkareem;Abdul Ghani Olabi