(Fast-charging, long-running, bendy energy storage breakthrough)
2020-02-17 英国・ユニバーシティ・カレッジ・ロンドン (UCL)
・ UCL と中国科学院による研究チームが、高容量のエネルギーを急速充電して安全に貯蔵する、長寿命のフレキシブルなグラフェンスーパーキャパシタを開発。
・ 同デバイスは概念実証段階ではあるが、EV、携帯電話やウェアラブル等のアプリケーションでのポータブル電源として多大な可能性が期待できる。高エネルギー・急速充電スーパーキャパシタが直面する、小面積での大量のエネルギー貯蔵の課題を解決した。
・ 今回開発のスーパーキャパシタでは、一般的に相反する関係にある高出力密度と高エネルギー密度を実現。さらに、性能に影響することなく 180°の折り曲げが可能。また、液体電解質を利用しないため、爆発の危険性を最小化。折り曲げ式携帯電話やウェアラブルエレクトロニクスへの統合に最適。
・ 電力をより効率的に貯蔵する多孔を備えたグラフェンによる電極を採用。この多孔性材料が様々なサイズの荷電イオンを捕獲する。孔のサイズが電解質中のイオンの直径と整合した場合に最高の性能が得られることを発見。
・ 炭素ベースのスーパーキャパシタのエネルギー密度では最高記録である 88.1Wh/L を達成。市販の同様な高速充電技術では、5～8Wh/L と比較的低く、EV で使用される従来の緩慢充電・長寿命の鉛蓄電池では 50～90Wh/L。出力密度では、最新の鉛蓄電池の 2 桁高い 10,000W/L を達成。
・ 同スーパーキャパシタの 6cm×6cm サイズの概念実証デバイスは、ゲル状材料の両側に配置した電極層から構成。数十個の LED 照明に電力を供給し、高度な堅牢性、柔軟性と安定性を確認。180° に折り曲げた状態でも性能は変わらず、通常状態で 5,000 回の充放電サイクル後も 97.8%の容量を維持した。
・ 本研究は、中国国家自然科学基金（NSFC）、中国科学技術部(MOST)、中国科学院および英国工学・物理科学研究会議(EPSRC)が資金を提供した。
URL: https://www.ucl.ac.uk/news/2020/feb/fast-charging-long-running-bendy-energy-storagebreakthrough
（関連情報) Nature Energy 掲載論文(アブストラクトのみ：全文は有料）
Tuning the interlayer spacing of graphene laminate films for efficient pore utilization towards compact capacitive energy storage
URL: https://www.nature.com/articles/s41560-020-0560-6
＜NEDO海外技術情報より＞
Abstract
Supercapacitors have shown extraordinary promise for miniaturized electronics and electric vehicles, but are usually limited by electrodes with rather low volumetric performance, which is largely due to the inefficient utilization of pores in charge storage. Herein, we design a freestanding graphene laminate film electrode with highly efficient pore utilization for compact capacitive energy storage. The interlayer spacing of this film can be precisely adjusted, which enables a tunable porosity. By systematically tailoring the pore size for the electrolyte ions, pores are utilized optimally and thereby the volumetric capacitance is maximized. Consequently, the fabricated supercapacitor delivers a stack volumetric energy density of 88.1 Wh l−1 in an ionic liquid electrolyte, representing a critical breakthrough for optimizing the porosity towards compact energy storage. Moreover, the optimized film electrode is assembled into an ionogel-based, all-solid-state, flexible smart device with multiple optional outputs and superior stability, demonstrating enormous potential as a portable power supply in practical applications.
