東北大、3Dプリンターで世界最高性能のスーパーキャパシタを実証

発表日:2022年04月22日

3Dプリンターで世界最高性能のスーパーキャパシタを実証

〜多重細孔構造を人工的に制御し高いエネルギー密度と出力密度を達成〜

【発表のポイント】

●安全・安価な蓄電デバイスとしてスーパーキャパシタ（注1）に着目。

●トレードオフの関係にある高エネルギー密度と高出力密度（注2）を同時に達成するため、従来の蓄電デバイスの10倍以上の厚みを有する多重細孔（注3）電極材料を3Dプリンター（注4）で作製。

●3Dプリントで精密に設計した多重細孔構造によってイオンの高速移動が可能となり、世界最大級のエネルギー密度と出力密度を有するスーパーキャパシタを実証。

【概要】

風力や太陽光など出力変動の大きい再生可能エネルギー利用の増加に伴い、電力負荷平準化のための大規模エネルギー貯蔵デバイスに注目が集められています。エネルギーデバイスのエネルギー密度・出力密度の向上は、駆動時間の向上やハイパワー電源として利用するために重要です。現行のエネルギーデバイスでは厚み100μm以下の薄いシート状の電極が用いられていますが、その電極シートを厚くすることでエネルギー密度の向上が可能です。しかしながら、厚い電極内ではイオンが十分な速度で移動することができず、出力密度が大きく低下する課題があります。このようにエネルギー密度と出力密度にはトレードオフの関係があり、高いエネルギー密度と出力密度の両立が課題となっています。

カリフォルニア大学ロサンゼルス校博士課程の勝山湧斗さん（研究当時、東北大学多元物質科学研究所兼務）、カリフォルニア大学ロサンゼルス校の Richard B. Kaner ディスティングイッシュトプロフェッサー、東北大学多元物質科学研究所の小林弘明講師、岩瀬和至助教、本間格教授、東北大学材料科学高等研究所の工藤朗助教らの国際共同研究チームは、3Dプリンターを用いてイオンが高速で移動できる経路を人工的に設計した多重細孔炭素電極材料を作製しました。これにより従来の蓄電デバイスの10倍以上の厚みを有する電極でも高速なイオン移動が可能となり、世界最大級のエネルギー密度と出力密度を有するスーパーキャパシタの作製に成功しました。本研究成果は、2022年4月21日に独科学誌 Advanced Functional Materials 誌にオンライン掲載されました。

※以下は添付リリースを参照

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添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach/631112/01_202204221512.pdf