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KAIST、1分以内に完全充電が可能なハイブリッド貯蔵素子を開発

カン・ジョング教授チーム...小型携帯用電子機器への活用に期待


大徳所在のKAIST(シン・ソンチョル総長)は新素材工学科のカン・ジョング教授研究チームが多孔性金属酸化物ナノ粒子とグラフェンを利用して高性能で安全な水基盤のハイブリッドエネルギー貯蔵素子を開発したと8月26日に発表した。研究チームが開発したハイブリッド素子は既存のバッテリーに比べて100倍以上の出力密度を示す。数十秒以内の急速充電が可能で、小型の携帯用電子機器などに活用できる。

リチウムイオンバッテリーをはじめとする既存の油系エネルギー貯蔵素子は広い電圧範囲と高いエネルギー密度をもつが、有機電解質の使用にともなう火災のおそれなど安全上の問題があった。また電気化学的な反応速度がおそいため素子を充電するのに長時間かかり、サイクルが短いという限界があった。

これに反して水系電解質基盤のエネルギー貯蔵素子は安全で環境親和的な素子として注目されている。しかし制限された電圧範囲と低い容量により油系基盤の素子に比べてエネルギー密度が低いという短所があった。

研究チームは金属酸化物とグラフェンを結合したのち水系基盤の電解質を使用して高いエネルギー密度、高出力、優れたサイクル特性をもつエネルギー貯蔵電極を開発した。本研究で開発された多孔性の金属酸化物ナノ粒子は2~3ナノメートルの大きさのナノクラスターから成り、5ナノメートル以下のメソ気孔が多量に形成されている。

こうした多孔性構造ではイオンが物質の表面に速く伝達され小さな粒子の大きさと広い表面積により短時間で多くのイオンが金属酸化物粒子の内部に貯蔵される。研究チームは鉄とマンガン、二種類の多孔性金属酸化物を正極と負極に用いて2Vの広い電圧範囲で作動する水系電解質基盤のハイブリッド素子を製造した。

研究に当ったカン・ジョング教授は「多孔性の金属酸化物電極のもつ既存の技術以上の高容量、高出力特性は新たな概念のエネルギー貯蔵装置の商用化に寄与するだろう。数十秒以内の急速充電が可能なため携帯電話、電気自動車などの主電源や太陽エネルギーを電気として貯蔵してフレキシブル機器に使用することもできると思う」と話している。

本研究は江原大学校のチョン・ヒョンモ教授研究チームと共同で進められ、研究結果は材料分野の国際 学術誌『Advanced Functional Materials』電子版に8月15日付で掲載された。





[2018-08-28]

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