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材料化学工学課程 杉本 渉 准教授ら 大容量ハイブリッドスーパーキャパシタの開発に成功

2012.11.05

 

【概要】

1)国立大学法人 信州大学(学長:山沢 清人)は、水系電解質と固体電解質を併用し、安全かつリチウムイオン電池並の大容量特性を有する新構造のスーパーキャパシタ、アドバンスドハイブリッドスーパーキャパシタ(Advanced Hybrid Capacitor: AdHiCap)の開発に成功しました。この研究成果は、信州大学繊維学部(学部長:濱田州博)の杉本渉准教授らによって得られたものです。

 

2)スーパーキャパシタは急速充放電可能な蓄電デバイスとして電力系統の負荷平準化などに利用されています。材料には高二乗面積の活性炭と有機系電解液を使用するのが一般的で、二次電池と比較して容量が小さく、大容量化のために、セル電圧の拡大、大容量電極の開発が課題となっています。酸化物電極は活性炭を超える静電容量が得られますが、水系電解液でのみ動作し、その場合はセル電圧が1~2V程度と小さくなります。リチウムイオンキャパシタのような、キャパシタ正極と電池負極を用いたハイブリッドキャパシタは約4Vのセル電圧が得られますが、活性炭正極を用いるため、電池を超える容量は期待できません。そのため、酸化物系電極の性能を最大限活かすためには、新しいハイブリッド素子の開発が不可欠でした。

 

3)本研究では、水に安定なリチウム複合電極を負極に用い、大容量キャパシタ特性を示す酸化物を正極として組み合わせることにより、安全で低環境負荷な中性電解液を使用しても、4V級のセル電圧と電池並の比エネルギーを得ることができました。例えば、酸化マンガン正極を用いた場合、安定にセル電圧4.3 Vで繰り返し充放電でき、最大で114 Wh/kg-MnO2の比エネルギーを、酸化ルテニウムナノシート電極を用いた場合、セル電圧3.8V、最大比エネルギー544 Wh/kg-RuO2の性能が得られます。これら数値は現行のリチウムイオンキャパシタを含めたスーパーキャパシタの性能を大きく上回り、リチウムイオン二次電池並です。現在、さらなるセル電圧の拡張と大容量正極の開発に加え、固体電解質と負極の研究を進め、セル構成を簡略化することで、量産化への対応をはじめ、実用に近付く展開が期待されます。

 

4)本研究成果はJST-ALCA(PO:逢坂哲彌、早稲田大学教授)における研究課題「次世代ハイブリッドキャパシタに関する研究」(研究者:杉本 渉、共同研究者:手嶋勝弥、信州大学工学部教授)、信州大学AGENDAプロジェクトの一環として得られました。なお、本成果は英国化学会発行のRSC Advances誌オンライン版に先行掲載されています。

 

詳細は、PDFファイル「報道発表資料241105(AdHiCap)」

をご覧下さい。

報道発表資料241105(AdHiCap).pdf

 

 

リンク:信濃毎日新聞[信毎web]

蓄電量10倍のキャパシタ開発 信大・杉本准教授ら

http://www.shinmai.co.jp/news/20121107/KT121106SJI090008000.php

 

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