革新的スーパーキャパシタ、バッテリー並みのエネ密度と高出力を両立

オーストラリア・モナッシュ大学の研究チームが、従来の鉛蓄電池と同等のエネルギー密度を持ちながら、通常のバッテリーを大きく上回る出力密度と急速充電能力を実現したカーボンベースのスーパーキャパシタを開発しました。成果は『Nature Communications』誌に掲載されています。

スーパーキャパシタの壁を突破

スーパーキャパシタは化学反応ではなく静電気的に電荷を蓄えるため、バッテリーより圧倒的に高速な充放電が可能ですが、これまでカーボン材料の表面積のごく一部しか利用できず、エネルギー密度が低いことが実用化の壁でした。

モナッシュ大学ARC 2D材料先端製造研究ハブ（AM2D）所長のマイナック・マジュムダール教授らは、天然黒鉛から合成される「マルチスケール還元グラフェン酸化物（M-rGO）」という新材料アーキテクチャを開発。急速熱アニーリングプロセスにより、イオンが高速・効率的に移動できる精密な経路を持つ高度に湾曲したグラフェン構造を作り出しました。これにより、単一デバイスで高エネルギー密度と高出力密度の両立という、これまで困難だった組み合わせを実現しています。

世界トップクラスの性能指標

ポーチセルデバイスとして組み立てた場合、以下の性能を示します：

体積エネルギー密度：最大99.5 Wh/L（イオン液体電解質使用時）
出力密度：最大69.2 kW/L
優れたサイクル安定性を伴う急速充電能力

共著者のペタル・ヨバノビッチ研究員は「カーボンベーススーパーキャパシタとして報告された中で最高水準の性能指標であり、重要的是、プロセスがスケーラブルでオーストラリア産原料と互換性がある」と述べています。

商業化へ向けて

モナッシュ大学スピンアウト企業Ionic IndustriesのCTOフィリップ・エイチソン氏（共著者）によれば、この技術はすでに商業化段階に入っています。「グラフェン材料を商業量産しており、エネルギー貯蔵パートナーと協力して、高エネルギーと高速電力供給の両方が必須の市場主導型アプリケーションへの導入を進めている」とのことです。

このブレークスルーにより、多くの用途でバッテリーを置き換えられる、高速充電・高エネルギー貯蔵デバイスの実現が現実味を帯びてきました。

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