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UNIST、超音波スプレーで高性能の二次電池材料を製造

窒素を固定した炭素材料でスーパーキャパシタも製造


潜水艦の音響探知機、医療診断などに使用される超音波を利用して新たな素材を作る技術が開発された。この技術は高い温度や真空のように化学反応に必要な条件なしで超音波スプレー化学反応により優れた性能をもつ材料を作れるという点で関心を集めている。

UNIST(チョン・ムヨン総長)は自然科学部のクォン・テヒョク教授、ペク・チョンボム教授、パク・ノジョン教授チームが超音波エネルギーと微粒子化反応を結合した「超音波スプレー化学反応」を利用して炭素ナノ素材に窒素を固定させる技術を開発したと12月4日に発表した。

研究チームの開発した超音波スプレーは加湿器に似た原理で作動する。この装置は加湿器が水の粒子を微細にして空気中に拡散させるように炭素ナノ素材のインクを微細な粒子にして圧縮窒素の気体により噴霧する。こうした過程を通じて炭素ナノ素材に窒素が効果的に固定される。

本技術は窒素や酸素のように化学反応がうまく起きない気体を炭素ナノ材料に導入したという点に意味がある。研究チームが分析したところ窒素や酸素が均一に導入された炭素ナノ材料は既存の素材よりも優れた性能を示した。また超音波スプレー化学反応は数マイクロ秒(㎲、100万分の1秒)以内に進行するほど速いため経済的で超音波エネルギー自体が環境親和的といえる。

研究チームは超音波スプレー化学反応で作った炭素ナノ材料で世界最高の性能のスーパーキャパシタ電極も製造した。スーパーキャパシタは充放電が可能な二次電池の一種でエネルギー容量は小さいが出力が高く航空宇宙、軍事、自動車などへの活用度が高い。

研究に当ったクォン・テヒョク教授は「炭素と他の原子を結合させる化学反応の新たな合成法を提示した。本研究は炭素-異原子結合の形態にともなう電気化学的反応性の理論的差異と他の原子が導入された3次元炭素ナノ構造の実現によるエネルギー貯蔵性能の最適化結果を用いて進められた」と話している。

研究結果は材料化学分野の学術誌『Advanced Materials』に掲載された。







[2017-12-06]

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