Electric double-layer produced on porous carbons, charged with extremely high energy density

在多孔碳上产生双电层，具有极高的能量密度

基本信息

批准号：
22H01460
负责人：
熊谷誠治
金额：
$ 11.48万
依托单位：
Akita University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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

项目摘要

比表面積と細孔構造の異なる活性炭を複数種準備した。活性炭粉末にポリテトラフルオロエチレン等の耐熱バインダと炭素系導電助剤を添加し，均一厚のシートを得た。円形に打ち抜いたものを正負極とし，電解液にイオン液体を用いた電気二重層キャパシタセルを組み立てた。高い導電率が期待できるイミダゾリウム系のイオン液体など，有望なイオン液体の複数種使用した。異なる動作温度において，定電流充放電により電気二重層キャパシタセル内活性炭の単位質量当たりの静電容量（比静電容量）とエネルギー密度を測定した。また，セル電圧最高値を2.5Vから段階的に4.0Vまで増加させ，各試験条件と得られるエネルギー密度の関係を調査した。その結果，比表面積が3000m2/gを超える活性炭とイミダゾリウム系イオン液体を用いた電気二重層キャパシタセルを3.8V程度までに充電することで，100Wh/kgを超えるエネルギー密度を有する電気二重層を形成できることが分かった。また，最大130Wh/kg のエネルギー密度も実現できることが分かった。一方，動作温度を増加させることで，高電流密度の充放電時でのエネルギー密度を維持するには効果的であったが，エネルギー密度自体は単純に増加しなかった。以上のように，活性炭種，イオン液体種，動作温度，セル電圧範囲など試験条件の最適化により，100Wh/kgを超えるエネルギー密度を有する電気二重層を形成できる条件を明確にした。条件をさらに最適化することで130Wh/kgを超えるエネルギー密度を実現できる可能性もある。

制备了几种具有不同特定表面区域和孔结构的活性碳。将耐热的粘合剂（例如聚氟乙烯和碳基导电辅助）添加到活化的碳粉中，以获得均匀的厚度。使用圆形冲孔产物作为正电极和负电极组装电动双层电容器电池，并与离子液体一起使用电解质。使用了几种有前途的离子液体，包括基于咪唑的离子液体，可以预期具有很高的电导率。在不同的工作温度下，通过恒定电流充电和放电来测量电力双层电容器单位质量中活性炭的电容和活性碳的能量密度。此外，最大细胞电压在阶段从2.5V增加到4.0V，每个测试条件与获得的能量密度之间的关系。结果，发现通过将电动双层电容器电池充电，其活性碳具有超过3000 m2/g的特定表面积和基于咪唑的离子液体的特定表面积，可以形成能量密度超过100 WH/kg的电力双层。还发现可以达到高达130Wh/kg的能量密度。另一方面，升高工作温度可以有效地保持电荷和放电高电流密度期间的能量密度，但是能量密度本身根本没有增加。如上所述，可以通过优化测试条件（例如活性炭类型，离子液体类型，工作温度和细胞电压范围）来清楚地定义具有超过100WH/kg的电密度的电层的条件。也可以实现进一步的条件优化，以达到130WH/kg的能量密度。