Thermally chargeable supercapacitors: self-powered welfare energy storage devices

热充电超级电容器：自供电福利储能装置

基本信息

批准号：
22KF0389
负责人：
有賀克彦
金额：
$ 1.41万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0389/
关键词：
ナノ物質キャパシター熱電材料

项目摘要

本研究では、熱エネルギー（温度差や体動時に発生する人体熱）を単一デバイスで回収・蓄積し、スマートフォンや埋め込み型ポータブル電子機器に電力を供給できる新しい自己充電型パワーデバイスを開発することを目的とする。熱を蓄えた電荷（電気）に変換する熱電変換型スーパーキャパシタを開発する。近年、エネルギー集約と貯蔵の両機能を1つのデバイスに統合した自己充電型電源ユニットとして、熱電変換型スーパーキャパシタが開発されている。ただし、現存のデバイスでは、電気化学電池に比べてエネルギー密度が低く、セル電圧が低い、自己放電が大きい、充電に外部電源が必要などの大きな制約がある。そこで本研究は、温度依存性のある酸化還元活性電極材料と温度感受性イオン伝導性固体電解質を組み合わせることで、温度勾配を容易に維持し、熱電エネルギー変換効率が十分に高いデバイスの開発を行う。高エネルギー密度、高出力密度、長サイクル寿命を有する熱電変換型スーパーキャパシタ用の新規ハイブリッド材料を設計・開発する。水熱や共沈などの簡単な化学手法を用いる。電極と異なる高分子ゲル電解質の設計を改善するための指針を策定し、広い電圧範囲でのサイクル劣化に対する安定性（50,000 サイクル以上）に優れた新規の感温性酸化還元活性ポリマーゲル電解質を開発する。熱電変換型スーパーキャパシタの自己充電性能は、デバイスの両端に高温と低温を印加することでテストする。2022年度は、高エネルギー密度、高出力密度、長サイクル寿命を有する熱電変換型スーパーキャパシタ用の新規ハイブリッド材料を設計・開発する。導電性有機金属骨格 (MOF) ベースの材料を有望な電気二重層キャパシタ候補として検討し、量子サイズ（約1 nm）のポリオキソメタレート（POM）、酸化還元活性分子クラスターを擬似容量/ファラディック材料の可能性として選択した。

在这项研究中，我们的目标是开发一种新型自充电电源设备，可以在单个设备中收集和存储热能（温差和身体运动时产生的人体热量），并为智能手机和植入式便携式电子设备供电。目的是开发一种热电转换超级电容器，将热量转化为储存的电荷（电能）。近年来，热电超级电容器已被开发为一种将能量聚合和存储功能集成到一个设备中的自充电电源装置。然而，与电化学电池相比，现有设备存在重大局限性，例如能量密度低、电池电压低、自放电高以及需要外部电源充电。因此，本研究旨在通过结合温度依赖性氧化还原活性电极材料和温度敏感离子传导固体电解质来开发一种易于维持温度梯度并具有足够高热电能量转换效率的装置。设计和开发用于热电超级电容器的新型混合材料，具有高能量密度、高功率密度和长循环寿命。使用简单的化学方法，例如水热法或共沉淀法。制定了改进不同于电极的聚合物凝胶电解质设计的指南，并开发了一种新型温度敏感氧化还原活性聚合物凝胶电解质，该电解质在宽电压范围（> 50,000 次循环）内具有出色的抗循环降解稳定性。通过在设备上施加高温和低温来测试热电超级电容器的自充电性能。 2022财年，我们将设计和开发用于热电超级电容器的新型混合材料，具有高能量密度、高功率密度和长循环寿命。我们研究了基于导电金属有机骨架（MOF）的材料作为有前途的双电层电容器候选材料，使用量子尺寸（约1 nm）多金属氧酸盐（POM）、氧化还原活性分子簇作为赝电容/法拉第，被选为可能的材料材料。

项目成果

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专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Strengths, weaknesses, opportunities, and threats (SWOT) analysis of supercapacitors: A review

超级电容器的优势、劣势、机会和威胁 (SWOT) 分析：综述

DOI：
10.1016/j.jechem.2022.12.030
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
13.1
作者：
Shinde Pragati A.;Abbas Qaisar;Chodankar Nilesh R.;Ariga Katsuhiko;Abdelkareem Mohammad Ali;Olabi Abdul Ghani
通讯作者：
Olabi Abdul Ghani