拠点センターNews No.11 2015.9.14 秋田産学官共同研究拠点センター資源環境部会・地域資源活用部会 ○はじめに秋田産学官共同研究拠点センターは「資源・環境・リサイクル」分野の総合研究拠点を目指して、秋田大学ベンチャーインキュベーションセンター内に整備され、県内の大学等の研究者が共同研究を実施していますので、その取組みをご紹介します。 ◇研究のご紹介バイオマスに由来する電気化学系蓄電デバイスの電極活物質の開発秋田大学大学院工学資源学研究科電気電子工学専攻准教授熊谷誠治小型で大きなエネルギーを入出力できる蓄電デバイスへの社会的需要が近年急激に高まっています。それゆえ，電気自動車やハイブリッド自動車，産業機械やロボット，スマートフォンやタブレットなどの携帯端末など，日本の産業をけん引できる製品は，エネルギー密度が高く，寿命の長い高性能な電気化学系蓄電デバイスを要求します。電気化学系蓄電デバイスには，エネルギー密度を高くとることが可能なリチウムイオン電池などの二次電池と，電力密度を高くとることが可能な電気二重層キャパシタなどのキャパシタがあります。また，二次電池とキャパシタの中間的な性能を有するリチウムイオンキャパシタがあります。二次電池およびキャパシタとも，それらの基本構成要素は，正極，負極，電解液になります。正極，負極において蓄電機能を担う活物質には，炭素系材料が多く使用されます。本研究は，優れた性能を有する炭素系活物質を，化石資源に由来せず，原料が極めて安価なバイオマスから製造しようとするものです。電気二重層キャパシタの正負極活物質およびリチウムイオンキャパシタの正極活物質に使用される活物質は細孔が発達した活性炭です。また，リチウムイオン電池およびリチウムイオンキャパシタの負極に使用される活物質には，細孔が発達していない黒鉛やハードカーボンなどが使用されます。それら活物質には，フェノールやピッチなど化石資源に由来する材料が多く使用されます。本研究では，稲作地域から大量に排出されるもみ殻を原料に求め，それら活物質を創出します。もみ殻はバイオマス系廃棄物の中でも，収集が容易である上，供給量も安定しています。また，天然にケイ酸を約20質量％含有するという特徴を有しています。図１に示すように，もみ殻に含有されるケイ酸を効果的に利用して，活物質として優れた性能が得られるように，製造技術の開発を進めています。もみ殻に存在するケイ酸を溶脱し，電解液中のカチオンとアニオンが容易に活性炭表面にアクセスできる細孔構造を有する活性炭系活物質を実現しています。図２に示すように，既存樹脂由来の活性炭と比較しても，優れた性能を示します。また，ケイ酸を残存させてもみ殻を適切な温度で炭化することで，リチウ図１もみ殻に由来する電極活物質の製造方法ムの高速吸蔵放出に適したシリコン含有ハードカーボン系活物質も実現しています。環境負荷の小さいもみ殻を原料に用いても，既存活物質より優れた特性を示しつつ，トータルでのコストが低くなければ，普及することはありません。今後は，製造方法の改善や最適な使用条件の探索，植物由来であることに起因した不純物管理および実用システムにおける信頼性および寿命評価，もみ殻の産地や品種等に起因する原材料成分個体差の影響の評価およびその対策など，実用化に向けた研究を引き続き行っていきます。図２もみ殻活性炭と市販樹脂由来活性炭の性能比較 ◇研究者のご紹介＜キーワード＞電池，キャパシタ，炭素材料，活性炭，バイオマス＜相談可能な分野・メッセージ＞熊谷誠治先生電気二重層キャパシタ，リチウムイオン電池，リチウムイオンキャパシタ等電気化学系蓄電デバイスおよびその構成材料の高性能化，バイオマス（特にもみ殻）の機能性材料への変換（粉末化・固化，炭化・活性炭化）について，気軽にご相談ください。企業との共同研究を積極的に行うなど，産業界との密接な連携を望んでいます。大手企業から地域企業まで，企業との共同研究経験を有しております。 ◇設備のご紹介 ※当該研究では、「ガス吸着量測定装置」も使用しています。今回ご紹介しました研究には、左記の設備等を使用しています。拠点センターの設備は、共同研究実施の場合、有料で利用することができます。ご利用にあたっては、下記へお問い合わせください。お問い合わせ ※拠点センターの保有設備は以下のサイトで確認できます。 http://www.collabo-akita.net/facilities/ 【機器貸与について】【拠点センターについて】秋田大学ベンチャーインキュベーションセンター秋田大学産学連携推進機構 ℡018-889-2680 mail:[email protected] ℡018-889-3002 mail:[email protected]