バーティカル・グラフェンの創製とフレキシブル薄膜電池への応用

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本研究は、軽くて柔らかい次世代型二次電池「フレキシブル全固体薄膜電池」を提案し、実現のボトルネックとなる「負極」に関する革新構造の開発と新学理の構築を目的とする。グラファイトは二次電池の負極として豊富な実績をもつが、合成に必要な温度が高い。研究代表者は、炭素と金属の「層交換現象」を世界に先駆けて発見するとともに、プラスチック上に従来最高品質のグラファイト膜（多層グラフェン）を直接合成し、負極動作を初めて実証した。一方で、多層グラフェンが「基板に平行な膜」であることによる特有の課題が顕在化した。そこで本研究では、前人未到の「バーティカル・グラフェン構造」を創出する。Liイオンのインターカレーション（挿入・脱離）サイトを飛躍的に増大させることで、負極性能を劇的に向上することを目指す。本年度は、バーティカル・グラフェン構造の合成技術の構築を目指し、研究を行った。当初の計画においては、金属触媒（Ni）の微細加工プロセスを利用した層交換法による配向制御を検討していた。一方、本研究と並行して検討していたコインセル用下地金属箔の選定の過程で、金属種をTaとした場合にバーティカル・グラフェン構造が自己組織的に形成されることを発見した。微細加工プロセスを用いずに所望の構造が得られる点で、当初計画の手法に対して大きなアドバンテージがある。現在、メカニズムの解明と二次電池特性の評価を進めている。また、微細加工プロセスの検討過程において、電気伝導度の高い多層グラフェン細線が得られることが判明した。グラフェンの配線応用を開拓する結果であり、別途、研究を進めていく。