　東北大学は2024年6月25日、高価なナノ炭素を使用せずに、スーパーキャパシター並みの容量を得られるキャパシター用電極を開発したと発表した。同大学発のベンチャーであるAZUL Energy、両者が共同で設置した「AZUL Energy×東北大学バイオ創発 GX共創研究所」との共同研究による成果だ。

　研究グループは、安全で安価な青色顔料の鉄アザフタロシアニン（FeAzPc-4N）を活性炭に分子吸着して電極を作製。混合比が異なる電極のキャパシター性能を、サイクリックボルタモグラム（CV）や充放電特性評価により測定した。

　その結果、混合比30％までは線形に増加する容量が、40％を超えると増加率が上昇し、60％で活性炭単体の2.6倍となる907F/g_ACを得られた。表面の元素分析などから、混合比40％超においては活性炭がFeAzPc－4N分子を担持しきれず、結晶となったFeAzPc－4Nが容量に寄与していると示唆される。

（上）鉄アザフタロシアニン分子を分子吸着した活性炭の模式図。（左下）容量、活性炭単体に対する容量増加率。（下中央）20A/gACで充放電を繰り返した場合の容量と容量維持率。（右下）キャパシターセル2つを直列につないだ簡易充放電セルによるLEDの点灯実験［クリックで拡大］出所：東北大学

　また、同じ混合比でも活性炭とFeAzPc－4N結晶を混合する場合より、溶媒を用いて分子担持した場合の方が、容量が大きくなることが分かった。

　作製した電極を用いた実証では、20A/g_ACの高負荷領域における2万回の充放電やLEDの点灯実験に成功している。

（a）30％の混合比において分子吸着した場合と結晶を混合した場合のCVカーブ。（b）容量のスキャンレート依存性。（c）電極構造の模式図［クリックで拡大］出所：東北大学

　電気二重層キャパシターは、電極表面に電気を蓄えて高速な充放電ができる反面、静電容量が小さい。容量を増やすために開発されたスーパーキャパシターは、材料に高価なナノ炭素が必要となることが課題だった。

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