炭素-非水電解質界面の機能設計による高エネルギー密度キャパシタの構築

通过碳-非水电解质界面功能设计构建高能量密度电容器

• 批准号: 21350101
• 负责人: 森田 昌行
• 金额: $ 10.82万
• 依托单位: Yamaguchi University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21350101/
• 关键词: 電気化学キャパシタ; 炭素材料; 容量発現機構; 電解質組成; 擬似容量; 表面修飾; 高エネルギー密度; 電気化学キャパシタ; 炭素材料; 容量発現機構; 電解質組成; 擬似容量; 表面修飾; 高エネルギー密度

1. 炭素-非水電解質界面での静電容量の発現機構解析物質移動の影響を最小限にできる平滑表面を持つ炭素質電極を用い,有機溶媒電解液中での電気二重層容量を直流法と交流法を用いて評価した。電気化学水晶振動子(EQCM)を用いることにより,電極表面でのイオンおよび溶媒の吸脱着(集積・離散)挙動をモニターし,電気二重層容量の発現機構を明らかにした。電気二重層構造に関する古典的モデルにより容量挙動の主要部分は説明可能であったが,イオンおよび溶媒分子の吸着量はその大きさに制限され,二重層容量はそれらの序列に従い変化することを実証した。2. レドックス活性種による高表面積炭素の修飾効果比表面積の大きな活性炭に種々の方法で金属酸化物または導電性ポリマーを担持・複合化する方法について,その容量挙動に及ぼす効果を検証した。鉄酸化物は水溶液電解質中では大きな擬似容量を発現することはこれまで知られていたが,有機溶媒電解液およびイオン液体中でも容量発現に寄与することを明らかにした。電子伝導性を持つポリアニリンを修飾した高表面積炭素複合物では,その容量挙動は電解質組成に大きく依存して変化した。電解液の粘度が低いほど高い容量と良好なレート(充放電速度)特性を与える傾向にあったが,電解質のイオン種はポリアニリンの擬似容量の発現そのものにも影響することを明らかにした。3. 炭素表面における大容量化構造の設計これまで得られた知見をもとに,2種の炭素ベース材料について,その構造設計を行った。ソフトテンプレートと呼ばれる手法により細孔構造を制御した炭素を調製し,そのキャパシタ特性を評価した。ガス吸着法による比表面積は小さいものの,レート特性に優れたキャパシタ電極の開発につながる良好な特性が得られた。高温熱処理により黒鉛化する比較的比表面積の小さなソフトカーボンについては,電気化学的な処理により容量が著しく増大する現象(「電気化学活性化」という)を認めた。活性化過程に及ぼす電解液組成および分極条件を精査し,活性化の機構を明らかにするとともに,高い容量と優れたレート特性が得られる条件を確立した。

1。使用具有光滑表面的碳质电极在碳北极电解质界面上表达的机理，可以使用DC和AC方法评估有机溶剂电解质溶液中的电气双层溶液的效果。使用电化学石英晶体（EQCM）监测离子和溶剂在电极表面上的吸附和解吸（积累/离散）行为，并阐明了电动双层容量的机理。尽管电动双层结构的经典模型解释了电容行为的主要部分，但已经证明，离子和溶剂分子的吸附量仅限于它们的大小，并且双层容量根据其层次结构而变化。 2。通过氧化还原活性物种对高表面积碳的修饰：金属氧化物或导电聚合物对具有较大特定表面积的活化碳的影响。检查了对各种方法的容量行为的影响。迄今为止众所周知，铁氧化物在水溶液中表现出较大的假能力，但已证明它们有助于有机溶剂电解质和离子液体中的体积表达。在高表面积的碳复合材料中，通过电子导电聚苯胺修饰的碳复合材料，其容量行为的变化很大，具体取决于电解质组成。尽管电解质的粘度越低，但容量越高，较高的速率（电荷/放电速率）特性往往使其速率更高（电荷/放电速率），但据表明，电解质离子物种也会影响多苯胺本身的伪耐受性的表达。 3.基于到目前为止获得的知识，在碳表面上设计大容量结构，设计了两种类型的碳基材料来设计结构元素。具有控制孔结构的碳是通过称为软模板的技术制备的，并评估了其电容器性能。尽管通过气体​​吸附方法的特定表面积很小，但已经获得了良好的性能，从而导致具有出色速率特征的电容器电极的发展。对于具有相对较小的特异性表面积的软碳，通过高温热处理将其石墨化，这种现象观察到了由于电化学处理而显着增加的能力（称为“电化学激活”）。检查了影响激活过程的电解质组成和极化条件，并阐明了激活的机理，并确定了允许高容量和出色速率特征的条件。