3Dプリンターで超高密度なスーパーキャパシター電極を作製=東北大

東北大学とカリフォルニア大学ロサンゼルス校の研究グループは、3Dプリンターを利用して、電極面積あたり世界最大級のエネルギー密度と出力密度を持つスーパーキャパシターの作製に成功した。再生可能エネルギーの利用拡大に伴い、出力変動を吸収する機器として蓄電池やキャパシターに注目が集まっている。キャパシターは電極シートを厚くすることでエネルギー密度を上げられるが、電極を厚くするとイオンが十分な速度で移動できず、出力密度が下がってしまうことが課題だった。

研究グループは、市販の安価な3Dプリンターを使用して、イオンが移動できる経路を人工的に設計した多重細孔炭素電極を作製した。具体的には、コンピューター上で設計した電極を3Dプリンターを使って樹脂で印刷。完成した樹脂を焼成して活性化処理を施すことで、直径150マイクロメートルの規則的マクロ孔と、直径2〜3ナノメートルのナノ孔の多重細孔構造を持つ炭素電極を作製した。

さらに炭素電極表面をマンガン酸化物の層で覆った電極も作製。従来のキャパシターの10倍以上の厚みを持つ電極でも高速なイオン移動を可能にした。作製した多重細孔マンガン酸化物電極と、多重細孔炭素電極を組み合わせることで、電極面積当たりで世界最大級のエネルギー密度と出力密度を持つスーパーキャパシターを完成させた。

研究成果は4月21日、「アドバンスト・ファンクショナル・マテリアルズ（Advanced Functional Materials）」誌にオンライン掲載された。今後、3Dプリンターの技術向上によって、エネルギー密度と出力密度をさらに上げることや、大規模なキャパシターを作製することも可能になるとしている。