Development of Novel Hybrid Capacitor Using Graphite-oxide

使用氧化石墨的新型混合电容器的开发

基本信息

批准号：
21K05255
负责人：
白石壮志
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Gunma University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05255/
关键词：
ハイブリッドキャパシタ酸化黒鉛リチウム電池キャパシタ

项目摘要

ハイブリッドキャパシタは、電気二重層キャパシタ（EDLC)型電極と蓄電池用電極を組み合わせた蓄電デバイスであり、EDLCよりも高エネルギー密度を有する。当研究室では、完全放電後のフッ化黒鉛（GF）/Li電池並びに、酸化黒鉛（GO）/Li電池がハイブリッドキャパシタとして充放電可能であると見出した（それぞれGF/Liキャパシタ、GO/Liキャパシタと命名している）。GO/LiキャパシタはGF/Liキャパシタに比べて容量・エネルギー密度は優れている。しかし、GO/Liキャパシタは内部抵抗がEDLCやGF/Liキャパシタよりも高い傾向にある。本研究では、GOと単層カーボンナノチューブ（SWCNT）との複合化によって内部抵抗を低減し、さらにはGOとSWCNT との複合化率を最適化することでGO/Liキャパシタの更なる高性能化を目指した。昨年度において、重量比80 : 20の比率でHummers法GO粉末とSWCNT（SG101）を複合化した電極を用いると、GO/Liキャパシタの内部抵抗を低減し、体積比容量を改善できることを明らかにした。さらに、テトラグライム系電解液を用いると、リチウムイオン電池によく使われるエチレンカーボネート・エチルメチル混合系電解液に比べてキャパシタとしての放電容量が改善されることも見出した。本年度は、GO/SWCNT複合電極とテトラグライム系電解液を組み合わせることが、低抵抗化と体積比容量（エネルギー密度）の改善の両方に関してより一層効果的であることを明らかにした。また、GO/Liキャパシタの充放電機構を解析すべく、オペランド小角X線散乱分析用充放電セルを作製し、動作確認を行った。

混合电容器是一种将双电层电容器（EDLC）型电极和蓄电池电极结合在一起的电力存储装置，并且具有比EDLC更高的能量密度。我们实验室发现氟化石墨（GF）/锂电池和氧化石墨（GO）/锂电池在完全放电后可以作为混合电容器进行充电和放电（分别为GF/Li电容器和GO/Li电容器（命名为电容器）。）。与GF/Li电容器相比，GO/Li电容器具有优越的容量和能量密度。然而，GO/Li 电容器往往比 EDLC 和 GF/Li 电容器具有更高的内阻。在这项研究中，我们将通过将GO与单壁碳纳米管（SWCNT）结合来降低内阻，并通过优化GO和SWCNT的复合比例来进一步提高GO/Li电容器的性能。去年，我们发现使用Hummers GO粉末和SWCNT（SG101）以80:20的重量比组合而成的电极可以降低GO/Li电容器的内阻并提高体积比电容。他们还发现，与锂离子电池中常用的碳酸亚乙酯/乙基甲基混合电解质相比，使用基于四甘醇二甲醚的电解质可以提高电容器的放电容量。今年，我们发现，将 GO/SWCNT 复合电极与基于四甘醇二甲醚的电解质相结合，在降低电阻和提高体积比容量（能量密度）方面更加有效。此外，为了分析GO/Li电容器的充电/放电机制，我们制作了用于操作小角度X射线散射分析的充电/放电单元并确认了其操作。