在活性碳灑上FeAzPc-4N製作出高容量電容器電極

 

刊登日期:2024/7/30
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日本東北大學開發出一款高容量的電容器用電極,係在活性碳灑上FeAzPc-4N達到分子等級的吸附,透過氧化還原能提高容量,相較於僅有活性碳的電極提升了2.6倍,目前正在進行2萬次反復充放電與LED亮燈等必要的供電實證測試。

雙電層電容器的電力由於儲存於電極表面,充放電迅速,做為高輸出性的能源元件備受注目。然而與蓄電池相比容量較小,因此近年來有研究採用奈米碳管(CNT)等奈米碳材以增加表面積,開發出大容量的超級電容器。不過奈米碳材較為高價,因此業界渴求更簡單且低成本可增加電容器容量的方法。

研發團隊過去曾將藍色顏料的FeAzPc-4N在碳粒子上進行分子級吸附,開發出具有高度氧還原反應(ORR)活性的觸媒,並評估應用做為金屬空氣電池、燃料電池的正極觸媒。由於FeAzPc-4N本身具備高度ORR活性,且觸媒活性點的形成數量大幅上升,並具有在各種溶媒中鐵會呈現氧化還原(Redox)反應,屬於已通過各種毒物測試的低價藍色顏料等特徵,因此研發團隊試圖將FeAzPc-4N以分子等級「灑」在活性碳上。

這次研發中製作出不同混合比例之FeAzPc-4N與活性碳的電極,並測試電容器的性能,確認混合比例直到30%為止容量呈線性增長,超過40%時則斜度上升,最後到60%時容量達到907 F/gAC是僅有活性碳時的2.6倍。

使用溶媒以相同混合比例將FeAzPc-4N分子負載於活性碳的狀況與單純將活性碳與FeAzPc-4N結晶予以混和的情況相比,發現前者的容量變大。另在20 A/gAC的高負荷領域可充放電2萬次,顯示製作出的電極具有高度耐久性。在實證測試中,確認直列連接2個電極且充電後與2V驅動的LED連接,成功地實現了亮燈。這次開發的電容器電極使用了易於入手的低價格活性碳,且容量可提升到與超級電容器相當,今後可望做為各種元件的能源來源予以活用。


資料來源: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2024/06/press20240625-01-Supercapacitors.html
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