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PRODUCT DETAIL

概要

粒子界面が全く存在せず、つなぎ目がない「シームレス」な活性炭

活性炭は、1nm程度の微細な穴(ミクロ孔)が発達した比表面積の大きな多孔性のカーボン材料です。多くの場合活性炭は粉末・粒状・繊維状といった形状で提供されています。

新規なキャパシタ用多孔質カーボン電極の実現を目指して 2011 年より研究を開始しています。その成果として、粒子界面が全く存在せずつなぎ目がない「シームレス」な活性炭の実用化に成功しました。シームレス活性炭は均一な連通マクロ孔が発達したナノ多孔性カーボンモノリスです。

シームレス活性炭は、蓄電デバイスの一つである電気二重層キャパシタならびにリチウムイオンキャパシタの電極材として、極めて優れた耐久性を示します。キャパシタだけでなく広く蓄電デバイスの電極材として、さらには各種分析ならびにセンサー用のカーボン電極としても、シームレス活性炭は新たな可能性を開くものとして期待されます。

特長

FEATURE 01

1枚板の形状のため扱いやすい

1枚板形状のため曲がったりせず、厚みが均一で加工しやすいです。電極にする際には接合に必要な他の材料を使用することなくそのまま炭素のみで使用することができます。
また、1枚板形状以外に立方体等厚みある形状に作製することも可能です。

FEATURE 02

比表面積を自由に調整可能

電極の厚みを変えずに比表面積を変えることが可能です。
穴の構造を変えることで厚みを保ったまま800–2000 m2/g程度へ自由に調整が可能です。

FEATURE 03

内部抵抗を低く抑えることができる

活性炭を押し固めた電極は、粒子と粒子の間に局所的に抵抗(粒界抵抗)が発生します。
シームレス活性炭は最初から板状なので、粒界抵抗がないため内部抵抗を低く抑えることが可能です。

用途例

電気化学キャパシタ

シームレス活性炭電極を用いたキャパシタは、活性炭粉末をバインダーで固めた従来の電極と比べて優れた容量と高電圧で充電しても劣化しにくい特性を併せ持ちます。このことはキャパシタのエネルギー密度ならびに信頼性を高めることにつながり、電動化・自動化の流れの著しい自動車分野における蓄電源など、キャパシタの用途をさらに広げます。

リチウム空気電池

触媒となるナノ粒子を利用し、充放電する体積エネルギー密度の高い次世代二次電池です。シームレス活性炭を使用することで比表面積を大きくすることができるため電池容量を大きく、また電圧を高くすることができます。

脱塩キャパシタ

シームレス活性炭はスポンジ状で水の通りが良く、塩を含んだ水を電気の力で塩を抜く脱塩キャパシタに適しています。

よくあるご質問

Q
テストしてみたいのですが、サンプルを購入することは可能でしょうか?
A
はい、可能です。お気軽にお問い合わせください。

チーム

白石 壮志

群馬大学大学院 理工学府 分子科学部門 教授

炭素材料と電気化学は学術的にも産業的にも密接なつながりがある。活性炭を電極とする大容量のコンデンサ(電気二重層キャパシタ)はその代表例の一つであり,最近では,夜間電力の貯蔵システムや電気自動車用パワーアシスト電源として期待されている。我々は,電気二重層キャパシタ・リチウム二次電池のような電気化学的な応用を視野に入れた新規な炭素材料の開発とそれに関わる基礎的な研究を行っている。

【主要な所属学会】
電気化学会, 炭素材料学会, 日本化学会

畠山 義清

群馬大学大学院 理工学府 分子科学部門 助教

様々なナノ粒子を調製し、エネルギーデバイスにおける機能を研究しています。特にキャパシタや空気電池といった電気化学デバイスにおけるナノ粒子の利用に関するテーマに取り組んでいます。研究室ではオリジナルの炭素材料や改質法が研究されてきているため、これらを生かし電極の構造や表面組成についても基礎的な研究を行っています。ナノ粒子と炭素材料を組み合わせた材料も調製し、電気化学測定や各種構造解析による特性評価を行っています。

【主要な所属学会】
日本化学会、炭素材料学会、分子科学会、日本表面科学会、イオン液体研究会

その他

共同研究における
技術分野・実績
電気二重層キャパシタ
リチウムイオンキャパシタ
活性炭
リチウム二次電池負極材
時間分解測定(小角X線散乱、X線吸収分光)
金属ナノ粒子
合金ナノ粒子
ナノ粒子担持体調製
多孔体の細孔構造解析
関連論文
Nitrogen-doped Seamless Activated Carbon Electrode with Excellent Durability for Electric Double Layer Capacitor (電気二重層キャパシタ用高耐久性窒素ドープシームレス活性炭電極), J, Electrochem. Soc., 167, No.6, 060523 (2020).

Capacitance and Electrochemical Stability of Activated Carbon Electrodes in Sulfone Electrolytes for Electric Double Layer Capacitors(電気二重層キャパシタ用スルホン電解液中における活性炭電極の容量特性ならびに電気化学安定性), Tanso, 2019, No.288, 128–134 (2019). 

Growth Behavior of Gold Nanorods Synthesized by the Seed-mediated Method: Tracking of Reaction Progress by Time-resolved X-ray Absorption Near-edge Structure, Small-angle X-ray Scattering, and Ultraviolet-visible Spectroscopy(シード法によって合成される金ナノロッドの成長挙動: 時間分解X線吸収端近傍構造・小角X線散乱・紫外可視吸収分光による追跡), J. Phys. Chem. C, 122, 7982–7991 (2018).

Anion and Cation Effects on Size Control of Au Nanoparticles Prepared by Sputter Deposition in Imidazolium-based Ionic Liquids(スパッタ法によってイミダゾリウム系イオン液体中に調製される金ナノ粒子のサイズ制御におけるアニオンとカチオンの影響), Phys. Chem. Chem. Phys., 18, 2339–2349 (2016).
関連特許
特開2013-201170(特許第6047799号)
蓄電デバイスの電極用活性炭及び蓄電デバイスの電極用活性炭の製造方法

特開2015-61053 (特許第6485999号)
蓄電デバイスの電極用活性炭及びその製造方法

特願2017-90770(出願日 平成29年4月28日)
水素貯蔵剤および水素の貯蔵・放出方法

企業・団体情報

企業名
群馬大学 研究・産学連携推進機構
所在地
〒371-8510
群馬県 前橋市荒牧町 4-2 群馬大学 荒牧キャンパス
設立年月
2016年4月
従業員規模
501名以上
URL
https://research.opric.gunma-u.ac.jp