【電池】東北大、高性能スーパーキャパシタを開発

東北大学 原子分子材料科学高等研究機構の陳明偉教授の研究グループは、3次元ナノポーラス金属/酸化物
ハイブリッド電極を用いた高性能電気化学キャパシタの開発に成功したことを発表した。
同研究成果は2011年2月20日(英国時間)、英国科学雑誌「Nature Nanotechnology」のオンライン速報版に掲載された。

電気二重層キャパシタ(もしくはスーパーキャパシタ)は、高出力と長寿命を併せ持ち、ボータブル機器から
ハイブリッド電気自動車まで幅広く応用されるようになってきている。スーパーキャパシタは高電力供給元
ではあるが、それらのエネルギー密度は従来の電池や多くのアプリケーションで必要とされる値には届いて
おらず、例えば、従来のスーパーキャパシタの貯蔵エネルギー密度は約100F/cm3(もしくは150F/g)程度であった。
これは、マンガン酸化物(MnO2)のような擬似容量金属酸化物をスーパーキャパシタ中の電極として使うことが
有効である一方、MnO2の電気伝導性の悪さ(10-5-10-6S cm-1)がネックとなり、十分な性能を発揮できなかった
ためである。

研究グループでは、高性能スーパーキャパシタへの応用のため、新規ナノポーラス金属/酸化物(Au/MnO2)
ハイブリッド電極材料を開発。同ハイブリッド材料は、独立した3次元ナノポーラス金薄膜にナノ結晶MnO2を
無電解めっきして得たもので、MnO2の電析量(厚さ)はめっき時間で制御することが可能となっている。

図2の(a)に記されたナノポーラス金/MnO2ハイブリッド薄膜の典型的な透過電子顕微鏡像を見ると、
ナノ結晶MnO2が一様にナノポーラス上にめっきされていることがわかる。

画像
図１ http://j.mycom.jp/news/2011/02/21/084/images/011l.jpg
図２ http://j.mycom.jp/news/2011/02/21/084/images/012l.jpg

ソース
http://journal.mycom.co.jp/news/2011/02/21/084/index.html

続きは>>2

また、Au/MnO2界面の走査型透過電子顕微鏡像では、ナノ結晶MnO2が金のリガメントにエピタキシャル成長
している様子が観察され、化学結合した金属/酸化物界面が形成されていることがわかる。

ナノ結晶MnO2と金の良好な密着により、このハイブリッド材料の電気伝導性は改善され、電気化学測定により、
このハイブリッド電極材料は1160F/cm3(601F/g)の電力・エネルギー密度、および繰り返し使用に対する
高い安定性を有していることが判明した。

これにより、開発したハイブリッド材料が、その高比容量と高充放電率から、高エネルギー貯蔵密度と高度な
電力供給を併せ持つ次世代のスーパーキャパシタの候補になることが期待できると研究グループでは
指摘しており、今後は貴金属である金をナノポーラス銅のような安価な材料で置き換え、安価かつ高性能な
スーパーキャパシタの開発に取り組む予定としている。

揚水ダムが要らなくなるな、スゲー・・・。

電圧は５V以下か？それなら使えないぞ

３５０V仕様を早く作れよ１５年待たされてる俺がいる

高性能で高電圧のキャパシタさえできれば、ＥＶの実用性はぐっと高まるよなぁ

夜の自家発電では　何キャパシタくらい帯電できるんですか？　

キャパシタを制する者が世界を制するよ

キャパシタ達郎

>>5
現行のクルマやバイクにつけても
すごい体感できそう。

専門用語すぎて俺にはﾜｹﾜｶﾒ

キャパシタ久美子

単３電池何個分かで説明してくれ

>ナノ結晶MnO2が金のリガメントにエピタキシャル成長している様子が観察され、
こんな会話をしてみたいわ

耐電圧と等価直列抵抗はどうなってるんだ？

>陳明偉教授

中国人じゃん

ガソリンやリチウムイオン電池とエネルギー密度を比較したらどの程度？

東北大スゴイな

またチョンに盗まれるなよ！！！装置丸々。

ぜんぜんわかんねえけど、なんか電池みたいなものなん？

>>19
すごく充電が早くて事実上充放電が無制限にできる電池みたいなもん。
ただし、電池に比べて容量がすくない

どうせコンデンサみたいな、ごろんとしたやつだろと思って
画像開いたら、吹いたwwww

何で日本では今だにコンデンサって言うんだろな？

キャパシタ達郎

>>13
金で出来た小さな柱に二酸化マンガンの原子が次々とくっついて結晶がどんどん成長して大きくなる様子が観察できた
で合ってるかな？
これなら多分小学校高学年なら分かる

キャパシタたろ〜君

特許はいただいたニダｗ

スーパーキャパシタって、今までの電解コンが μＦ 単位の容量だったのが
いきなり 0.5F とか 1.0F とかの容量になって衝撃的だったのを覚えてる。

レールガンに使えるぐらいの作ってくれ。

　　　　　　　　　　　　＿＿＿＿＿＿
　　　　　　　　　　　　　　　| 　 _, , -― '／￣￣￣￣￣
　　　　　　　　　　　　　　　|　 |::.　　　　| 共同開発しようﾆﾀﾞ　
　三 |　　　 , ィ' 　 　 　 　 ∧_|::::..　　／＼＿＿＿＿＿
,三._ | 　 , 三 l 　　 　 　 <｀∀|:::::::...　　　　|
三三L／三 . l 　　　 　 　 ゝi"/^)::::::..　 　 |
三三三三　　l、 　　　　　 i、´ン:::::::::: . . 　|
三 三 三 　 　 ヽ.　　　　　lヽ |::::::::: :: :....　 |
三三三　　　ｕ　l　　　　 　| 　|:::::::::::.. .. . .. |
三 三　 　ｕ　　 厂￣￣￣ 　 L:::: -一 ' " ´￣￣￣￣
三三 　 　 　 ／　　　　　　ｶﾞﾁｬ

ＥＤＬＣのことだろ？
秋葉で売ってるよ。

陳明偉教授？

従来のセラミックコンデンサーと比べて高性能なのを作ったんだよ。
嘘じゃないから。１６０ｍFとかあるんだぞ、めちゃ高性能
耐圧０．５Vな

このコンデンサーはリサイクルに適している大量の金が（ｒｙ

ガソリンのエネルギー密度を超えたのか？

僕のAGSがスーパーな事になるのですか？

オラの手持ちに５Ｆのが数個あって、手回し発電ラジヲのニカド電池代わりに
使ってみたけど、240mAのニカドの数％くらいしかもたない。
数十〜数百Fのはニカド１本より割高になるから、素直にニカド買っとけばよかった。

>>23
思いついたけど、書くヤツが居るとわｗｗｗｗ
おかげでフイタわ

クッキングアルミホイールと、サランラップを重ねて巻いたら、どれくらいの容量になるのかな？

ざっと計算すると、１８ｍアルミホイルで、約３００μF程度が限界のようだな。

キャパシター三菱

1160Fって旧来の豆電球何分つく？

1Fのエネルギーがあれば教室が吹っ飛ぶと昔習ったな

EVのネックとしてガソリンと比較すると
相当エネルギー密度が低いって聞いたけど
これエネルギー的にはガソリン比でどれくらいなのかな？

消防署の方からキャパシタ

>>41
30分くらいかなあ。

まぁ１ｇのキャパで、って話ではあるけどね
現行のキャパが８でリチウム電池１２０だってｗ
でも今回ので９０位にはなるね
まぁそれでもガソリン比１：５０ｗ
それでもガソリンリチウム比１：４０らしいから
十分過ぎる進歩ではあるね
つかこの肝はキャパシタ寿命が電池と比べ物にならないほど長寿命っぽいし
充電速度もめっちゃ早いｗ
要は電気スタンドで充電１分とかも可能かもｗ

　　　　　,ｨ, (fー--─‐- ､、
.　 　 ,ｲ/〃　　　　　　　　ヾ= 、
　　 N ｛　　　　　 　 　 　 　 　 ＼
　 ﾄ.l ヽ　　　　　　　　　　　　　　 l
　､ゝ丶　　　　 　 　 ,..ｨ从　　　　|
　 ＼`.、_　　__ ,. _彡'ﾉﾘ _,.ゝ、　 |　　　　　　　　 ∧
　　　｀ゝf‐ゞﾞujヾ二r^ｧｕj＜ y=ﾚヽ.　　 　 l＼　/
.　　　 |fjl、　￣.ﾘj＾ヾ.) ￣ 　ﾉ ﾚ ﾘ 　 ＿＿|　 `
　　　　ヾl.`ｰ- べ!ﾞ‐ ｀ ｰ-‐'　 ,ン　　　＼　　　スーパー
　　　　　 l　 　 f,.ﾆﾆﾆヽ　u　/:|　　　＿∠, 　キバヤシダ
　　　　 　 ﾄ､　 ヽ.＿_.丿　 ,ｲ　|　　　　　/　　　に見えた！
　　　　　_亅::ヽ、 ー 　 ／　i　:ﾄ､　　　 ´￣|
　　-‐''｢ F′::　 `:ー '´　　,.'　 ﾌ ＞ｰ､　　 l／､　 ,ﾍ
　　　　ﾄ､ヾ;､..__　　　　　, '_,.／ ／l　　　　　　　∨
　　　ヽl　＼＼‐二ﾆ二三／ ／ /

現状のスペック見る限りでは
プリウスサイズの充電で
キャパは４／５能力
でも現行のリチウムは３０００秒の充電
でキャパは０，１〜３０秒だって
単純計算で１０秒位になれば５分程度で充電可能
１秒まで縮めれば１分ｗ
十分スタンドで補給できる
まぁそれより何より、メインの素材が金なので
相当お高いでしょうねｗ胴化が待たれますなｗ

> 要は電気スタンドで充電１分とかも可能かもｗ


(´-`).｡ｏＯ（トンデモナイ充電器が必要になるのだろう…）

【インド】マイコン制御の左手が拭いてくれるトイレを開発[2/21]
http://toki.2ch.net/test/read.cgi/toilet/1200207879/l50

まだ、誰も書いてないので・・

キャパシタ清　画伯

>>51
それニュー速＋でさんざん見た

キャパシタ千里子

レールガンが作り易くなるな

新しい電池デキャパシタ

これだ！

交通事故とかで、絶縁破壊されたら物凄い爆発を起こしそうだが
＜スーパーキャパシタ

東北大って結構すごいイメージあるわー。去年の12月も画期的な歯科技術発表してたし。

上手に焼キャパシター

達郎って本名なんだが、キャパシタ達郎って何…
気になるのにググッてもよく分からん

>>60
>>59と同類のネタ

アイツはアイツは可愛い〜　キャパシ〜タの男の子♪

BTTFのデロリアンの次元転移装置の名前が「フラックス・キャパシター」
1.21ジゴワットまでいけるのかな

>>62　あなたの春は30年前から続いていますｗ

充電池の寿命のせいでモバイル機器が使えなくなる、って現象から解放される日も近いかな？

隠れキャパシタン

>>65
モバイルでこそ普及して欲しいよな
携帯の待ち受けはウーパーキャパシタ、通話は電池、みたいなハイブリッドにならないもんだろうか

一番の大問題は、そのキャパシタをオーディオに使った時の音質だ。

いや、そもそも使えるかどうかだ。

>>13
これはピースな愛のバイブスでポジティブな感じのキャパシタだよね

はやくドラム缶サイズの作れよ
深夜電力保存できるだろ

>>57

システムトラブルで立ち往生してもJAFは牽引すらしてくれないだろうな。
衝突事故で閉じこめられても救助する前に図面確認しないと怖くて怖くて。

近未来では路線バスはキャパシタバスになるよ。
バス停で停車してる間に充電。
それで約15分間走行可能。
小型軽量なキャパシタで重いバッテリーを積まなくていいから
小型バスでも車内広々走行距離も伸びる。
排ガスゼロで騒音も無し。
今まで出来なかった住宅地内バスもOK。

さあ行こう薔薇色の未来

>>72
それ中国ですでに走ってるやん

大分名物　キャパシタカレイ

>>55
今までの中ではこれが秀逸

自演すんな

に…にほんごでおねがいします＞＜

キャパシタ達郎がっ！
スーパーキャパシタ達郎にっ！！

3次元ナノポーラス金属・・・何それｗ理解できんｗ

>>79
目の細かいスポンジ状の金属

>>13
リガメント（靭帯）
一般に、エピタキシャル技術（エピタキシー）は、デバイス応用との結びつきが強く、
　　デバイスの要請に従い、多くの成長方法が検討されてきた。
　 「エピタキシー」とは、そもｓもギリシャ語であり、基板と結晶軸の揃った結晶の成長という意味である。
　 （epi：〜の上に、taxis：方向のそろった)

>>79
ポーラス（多孔質）

リガメントとは、ラテン語で結ぶと言う意味で有る。

戦車じゃないのか

>>46
短くて済むってことは大電流が必要ってのはわかるよね。

容量が一ケタ上がったら、電池並みになるんかな？

まあ、キャパシタは直線的に電圧が変動するし
電池は電圧がほとんど変動しないので

供給回路がぜんぜん違うものになるが。

なんかやたら人気だからはっとこ

DOWN TOWN 　シュガーベイブ（山下達郎・大貫妙子）
http://www.youtube.com/watch?v=ltjuBOdWhsk

あいかわらず東北大は工学が強くて凄いな

自動車の進化は留まる所を知りません。

また東北大だろ？
今までもまともな物作ってないとこだ。

ＳＩＴなんかが典型！

でかい容量のキャパシターに宇宙から高エネルギーの荷電粒子が飛び込んで
瞬間的に放電が起きると、回路に大きなノイズが載るような気がするのですが
どうなんでしょうか？

1160F/cm³ ってすげえな
1Fの孤立導体球の半径が地球の1400倍くらいだろ確か

>>92
導体球は至極効率が低い

でかい容量のキャパシタって、要は巨大な電子のプールと思えばいい。
そこにコップいっぱいの水を放り込むのが、荷電粒子のエネルギーと思えば良い。

どのくらい水面が変化するか。

電気回路では容量が小さく、インピーダンスが高いほうが
ノイズの影響を受け易い。

電気二重層っていろんな会社が色々と夢を語ってるけど中々形にならないんだよな。
まず何より定格電圧が低すぎる。
1セル2.5Vくらいのままだといつまで経っても使い物にならないだろ。
建機に使ってるのだって一体どんだけ直列に繋いでるんだって話だし。

今回のも電圧書いてないよな。

>>95
リチウムイオン電池 3.7Ｖ/セル
ニッケル水素電池1.2Ｖ/セル

みんな ち ょ く れ つ せ つ ぞ く

>>94
長いメスシリンダだろ。
使うとあっという間に水面が下がる。

>>96
コンデンサを直列で使うのか？

>>97
容量Cが底面積
電圧Vが水面までの高さだ。

普通のセラコンなら、0.000000001F程度で前後３桁程度の範囲
スーパーキャパシタは１F単位

セラコンを1平方センチの底面積を持つ細いメスシリンダーとすれば、
１Fのスーパーキャパシタは1000000000平方センチの底面積となる。

２５メートルプール２００杯強の面積となる。


１平方センチの底面積のメスシリンダーにコップいっぱいの水を注ぐのと、
２０メートルプール２００杯以上のプールにコップいっぱいの水を注ぐのと
どちらが水面の変化が大きいか、ということである。

でも、まだ化学電池にはかなわない。
そして、化学電池もガソリンのエネルギー量にはかなわない。

大きさの喩えを考えてみたが、ケタが違いすぎるな。

>>99
かなわないもなにも、この記事以前に既に使われているんだが。

>>85
起爆充電だな。
町のそこら中でドッカンドッカン、景気良いことこの上ないｗ

>>98
当たり前

メスシリンダーの反対語はオスピストンでいいの？

>>102
直列にするとキャパシタは容量が減るのは常識だと思っていたが。

>>85
今の電池は充電電流が小さすぎて、沢山電力を捨てなくてはならないんだ
自動車の回生制動なんかだと、大電流が出るからね

容量は減るけど、耐圧を増やす為なら仕方がない。
後、同じ電圧で充電すると容量が小さいのであって、

たとえば、４個直列にして、４倍の電圧で充電するなら
エネルギー量は本来の容量合計と同じ。

>>106
充電時と放電時の回路を切り替えれば昇圧する必要はない

>>107
うん、直列にすると電圧のアンバランスが生じるから、
一つ一つ充電できるならそれに越したことはない。

あとは回路網のコストと重量の問題だけ。

>>108
キャパシタの放電特性は電池と違ってダダ下がりだから、
放電回路を工夫して同じような放電特性を実現するのは
いいんじゃないカナ。

キャパシタは電圧と残り容量が直線的に変化するからねえ。
どこまで低電圧で利用出来るかが回路の要点だね。

だけど、２．５Vのキャパシタで0.5Vとかに下がると
なかなか最後の一滴まで使い切る回路は難しくなる。
まあ、結局コストの問題ではあるが。

エネルギーをイオンにも化学結合にも変えず、
大気中に沢山ある酸素の力も借りない、で、電荷そのままの形で貯める。
というのはあまりに無理ゲーな気がする。そこまでする必要もないし。

あくまで電池やジェネレータの補助であるべきでしょ。
電気自動車もガソリン自動車そのままの使用感にならなくていいし。
そのように考えて他技術とのバランス、コスト感を持って取り組まないと。

無理ゲーも何も現実に市場が存在するのは無視かい？

瞬発力最優先の用途に最適なのかな？
リニアカタパルトとかレールガンみたいな？

ナイショでやれよ

>>113
レールガンの実験は自動車用の鉛バッテリをかき集めてやっていたのが印象的だった。

たしかにスーパーキャパシタは、瞬間的な大電流に向いている用途ではあるのだが、
鉛バッテリーもなかなかのもので、瞬間的に１００A程度は余裕で行く。

このクラスになると、ヘタレた配線で電流が制限されてしまったりして、
スーパーキャパシタでも鉛バッテリーでも変わらなかったりする。

もちろんきちんと設計と配線を行えば真価を発揮できるが、
気合が入ってないと真価を発揮できない。

あと、スーパーキャパシタでも大電流用途と大容量用途があり、
大容量用途は内部抵抗が大きく、大電流が出せないものもある。
いろいろスペックが用意されている。

>>116
鉛蓄電池は深放電ですぐへたる。

　なるほど。

あと15年位で車のボディは絶縁素材のプラスチックに置き換わるわけだな。

で、そのスーパー木下ってのはすごい特技があるのか？

>>15
大陸か台湾かどっちだろうと思ったら、上海交通大学時代の論文が出てきた。
大陸でFAっぽい。

東大・京大を含む雑魚共は蚊帳の外。

キャパシタを、電気二重層部分のほかに、内部抵抗の低い、いわゆるコンデンサを多く配置しておき、コンデンサを放電した後に昇圧回路として利用できないかな。

>>122
スーパーキャパシタが 通常のキャパシタに比べて
100倍以上の容量があるというのに普通のコンデンサを
接続して何をしろと？

>>123
クラスター爆弾的なもの．．．

モータとマイコンを同じ電源で混在させるのに
スーパーキャパシタと積層セラコンで
ノイズ抑えこんだな。

インパルスノイズは積層セラコンで
大電流による電圧降下はスーパーキャパシタで。

結構安定して動いた。電池が切れると仲良く停止する程度に。

>>123
スタンガンレベルの昇圧ができるよ。

>126
コンデンサとダイオードのラダー回路を使った、
パルス昇圧回路かな？

原理的にはできるだろうけど、市販品の一つ当たりの耐圧が３V程度なので、
３０００Vに昇圧させるためには、1000個直列になるな。

で、陳明偉って支那人？

やたらでかい電荷量でスタンガン作っちゃまずいだろう常考

>>128
不明。
その名前でググルと当キャパシタの記事以外では中国サイトばかり
引っかかるんで、可能性は高いかと。

指向性電磁波砲完成？
敵電子装置搭載兵器可能無効？

>129
確実に仕留められるだろう？

キャパシタって、静電容量で性能語られるから今一つわかりづらいんだけど、
「○F（単３アルカリ電池○個相当）」とか「○F（○wh相当）」とかに換算できないの？

貯められるエネルギーは電圧と容量で決まる。
１Fは、１Aの電流を１秒間貯められる容量
電圧は、その素子の耐圧が上限。

電力Wに換算するなら、W=VI

１Fで３V充電されているキャパシタが待つエネルギー量は
（V/2）I＝（3/2)*1=1.5(W)

whに換算するなら3600で割って
0.0004166wh

>>134
バカなの？Wは仕事率の単位だよ。

age

コンデンサ作ってるけどナニ言ってるか全くわからん

>>15
> 陳明偉教授
>
> 中国人じゃん

なぜ、日本に来て研究するのだろう？

中国でこの開発をしたほうが儲かるだろうに。

>>138
中国にはこの研究が出来る設備がないんだろ
中国は基礎研究になんか全く予算割かないってのは容易に想像できるじゃん

>>137
大丈夫、直ぐに表立って活躍する技術じゃない
それよりESRバラつきのことだけ気にしくれ

家庭用太陽光発電の夜間使用蓄電池に使用できるまでにあとどれくらいかかりますか？

今まで東電に頼りすぎていました。反省しています。

キャパシタ♪キャパシタ♪キャパシタパカッ♪

新しい展開が？と思ったら、、
ずいぶん前の記事で、自分も書き込みしてたでござる、の巻き

>>143
お前は俺か

スレタイ一覧をスレ建て日時でソートできる2chブラウザが欲しい

>>145
twintailマジｵﾇﾇﾒ
…メモリがデカけりゃな

>>146　使ってみる　thx

一応書いておくがjaneでもできる

>>148　ん　参考にする

スパコンかと思った。

キャパシタのニュースよくあるけど、あんまり実用化まではこない？

>>151
これから車で爆発的に普及するよ。
減速回生用の鉛蓄電池が高すぎるから。

>>152
自動車用は、キャパシタだけだと暗電流に対応できないから鉛バッテリーも積まなきゃいけないってネックがある
しばらくは採用されない→値段下がらない→採用されないのループの中じゃないかな

フライホイールのほうがよくね？

>>154
そういえば蓄電用フライホイールって昔から話には聞くけど、実用化されたって話は聞かないな

>>155
いやいや　売ってるよ。　フライホイール　蓄電装置　で検索

>>156
ありがとう

大型のUPSでディーゼルエンジンを起動するまでの繋ぎでフライホイールを使っている。

ニュースになるけど普及したためしなし

ウナギの唐揚げ・・・

美味そうだ。

>>153
想定は、回生用鉛バッテリvs通常鉛バッテリ＆回生用キャパシタ。
回生用鉛バッテリも、2年で交換せねばならないから、10年乗った場合キャパシタ付きのほうが有利になるポテンシャルがある。

>>161
回生用鉛バッテリはいらないレベルまでキャパシタは来てる
それでも自動車はコストが厳しいから採用してくれない

>>162
重さと容量、寿命等の比較でどうなのかね
単にコストが高いだけで重量当り容量がそれなりに大きければF1のKERSとかで使えるかも

2Lペットボトル程度の大きさで5k以上Fの容量があり、10万円以下であれば、減速回生で電装品全て賄えるだろう。