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» 2016年01月29日 15時00分 UPDATE

蓄電・発電機器:新素材でキャパシタの容量を2倍へ、芝浦工大らが新蓄電技術を開発

芝浦工業大学電気工学科の松本聡教授は、MICC TECと共同で、短時間での充放電が可能で大容量の電気を蓄えることのできる蓄電装置(キャパシタ)を開発する要素技術を確立したとこのほど発表した。

[長町基,スマートジャパン]

 今回、芝浦工業大学とMICC TECが開発したのは、グラフェンにリチウムを加えた新材料を電極に用いることで、従来の活性炭を使ったものより約2倍のエネルギーを蓄電することが可能な蓄電装置である。太陽光や風力発電などの自然の力で発生したエネルギーも無駄なく利用できる他、電気自動車のブレーキ時に失ってしまう運動エネルギーなどを蓄電装置に電気エネルギーとして効率的に回収し、モータの駆動エネルギーなどに充てることが期待できる。今後は小型・高性能なキャパシタとして実用化を目指す(図1)。

photo 図1 新材料を用いて製作した試作キャパシタ 出典:芝浦工業大学

 分子レベルの厚さで構成される2枚の電極の間で電荷が引き合うことによって電気を蓄える「電気二重層」という物理現象を用いたキャパシタは、電気エネルギーを短時間で効率良く充電・放電でき、劣化が少ないという特徴がある。一方、電池(バッテリー)に比べて、作った電気を長時間連続的に流したり、大容量の電気を蓄えるためには、静電容量を増やしたりする 技術が求められている。松本教授は、ナノ材料であるグラフェンにリチウムを練り混ぜた新材料 (MICC TECにより開発された還元型酸化グラフェン)を装置の電極に用いることで、大容量の蓄電が可能になることを解明した。電極のすき間にグラフェンが入り込み、表面積が増加することで蓄えられる電力量が増す仕組みとなっている(図2)。

photo 図2 キャパシタセルの構造。電極に新材料を使用することで蓄電容量を効率良く高めた 出典:芝浦工業大学

 また、これを用いたキャパシタを試作して電気特性に関する評価を行い、従来の活性炭を用いたものより約2倍の蓄電に成功した。これにより、太陽光、風力発電などの需要と供給のバランスが取りにくい自然エネルギーを蓄えることが可能となる。さらに、電気自動車のバッテリーにキャパシタを追加することにより、ブレーキ操作時に失ってしまう大量の運動エネルギーをモータ稼働用の電気エネルギーに効率よく変換することができ、自動車の省エネ化・性能向上につながると期待されている。

 今後、試作したキャパシタは「急速に充放電ができる、小型・高性能な大容量蓄電装置」として、再生可能エネルギーや電気自動車、電子機器などで実用化できるよう、使用シーンに合わせた電気特性の評価などを進めていく方針だ。

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