超高容量キャパシタ用ナノポーラスヘテロアトムカーボン電極の開発

超高容量电容器用纳米多孔杂原子碳电极的研制

基本信息

批准号：
16750168
负责人：
白石壮志
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Gunma University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

窒素やホウ素などのヘテロアトムを導入した炭素細孔体は、炭素界面の電子物性の変化やレドックス反応により容量の向上が期待できる。本研究では、含窒素炭素細孔体ならびホウ素含有炭素細孔体を調製し、その界面容量特性の評価を行った。含窒素炭素細孔体の調製は、ポリテトラフルオロエチレン系炭素細孔体の調製法に準じた。含窒素パーフルオロカーボンとしてペンタフルオロピリジン、シアヌリックフルオライドおよびペンタフルオロベンゾニトリルを用いた。これらの含窒素パーフルオロカーボンをナトリウム/カリウムナフタレン錯体のジメトキシエタン溶液により脱フッ素化した。得られた脱フッ素化物を、800℃の熱処理(N_2中)・希塩酸処理し、さらに800℃で再度熱処理(N_2中)することで含窒素炭素細孔体を調製した。窒素吸脱着測定の結果、全ての試料は約1000m^2g^<-1>の比表面積を有する細孔体であった。XPS分析の結果、導入された窒素の化学状態は、四級もしくはピロール、およびピリジン型であった。全ての試料のアニオン吸着とカチオン吸着の面積比容量(C_<SA>(anion),C_G(cation))について比較を行った。その結果、含窒素多孔質炭素のC_<SA>(anion)(約10μFcm^<-2>)は一般的な活性炭(約7μFcm^<-2>)に比べて大きい値を示した。この高い面積比容量の原因については、空間電荷層容量の向上・レッドクス容量(擬似容量)の寄与によるものと思われる。また他に、細孔側壁の濡れ性の向上の寄与の可能性も挙げられ、さらにはこれらの三つの因子の相乗作用も考えられる。ホウ素含有炭素細孔体は、活性炭と酸化ホウ素との熱処理によって調製された。ホウ素の含有率は約1%であったが、面積比容量で約1割の向上が確認された。含有ホウ素は酸素と結合した状態であり、含有ホウ素の化学状態を最適化することで更なる容量の向上が見込める。

由于碳界面的电子性质和氧化还原反应的变化，引入氮和硼等杂原子的多孔碳材料预计将具有提高的容量。在本研究中，我们制备了含氮碳多孔材料和含硼多孔碳材料，并评估了它们的界面电容特性。根据制备聚四氟乙烯类碳多孔材料的方法制备含氮碳多孔材料。作为含氮全氟化碳，使用五氟吡啶、氰尿酰氟、五氟苯甲腈。使用钠/钾萘络合物的二甲氧基乙烷溶液对这些含氮全氟化碳进行脱氟。将所得脱氟产物在800℃(在N_2中)下热处理并用稀盐酸处理，然后再次在800℃(在N_2中)下热处理以制备含氮碳孔。氮气吸附和解吸测量结果发现，所有样品均为多孔体，比表面积约为1000m^2g^<-1>。 XPS分析的结果表明，引入的氮的化学状态为季铵型、吡咯型或吡啶型。比较所有样品的阴离子吸附和阳离子吸附的面积比容量(C_<SA>(阴离子)、C_G(阳离子))。结果，含氮多孔碳的C_SA(阴离子)(约10μFcm ^ -2 )大于普通活性炭的C_SA(阴离子)(约7μFcm ^ -2 )。这种高面积比电容的原因被认为是由于改进的空间电荷层电容和氧化还原电容（赝电容）的贡献。另一种可能性是孔侧壁润湿性的改善可能有所贡献，此外，还考虑了这三个因素的协同效应。含硼碳孔是通过对活性炭和氧化硼进行热处理而制备的。虽然硼含量约为1%，但确认面积比容量提高了约10%。所含有的硼处于与氧结合的状态，通过优化所含有的硼的化学状态，可以期待容量的进一步提高。

项目成果

期刊论文数量（4）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Electric double layer capacitance of multi-walled carbon nanotubes and B-doping effect

DOI：
10.1007/s00339-005-3399-6
发表时间：
2006-03-01
期刊：
Applied Physics A
影响因子：
0
作者：
S. Shiraishi;M. Kibe;T. Yokoyama;H. Kurihara;N. Patel;A. Ōya;Y. Kaburagi;Y. Hishiyama
通讯作者：
Y. Hishiyama