発表のポイント
- 炭素原子からなる引張強度と導電性に極めて優れた薄膜のナノセルラーグラフェン（NCG）を自己組織化を利用して大面積で作製することに成功しました。
- 金属液体触媒が促進するグラフェンの形成に伴って超微細な中空セルが成長する新現象を世界で初めて見出しました。
- 本研究で作製したNCGを活物質に用いたナトリウムイオン電池は、充放電しやすさのレート特性が高く、長寿命および優れた変形耐性を示すことを確認し、そのフレキシブル電池化に大きく貢献します。
概要
炭素原子が六角形に結合した原子1個分厚さの2次元シートのグラフェンが複数積層し、表面にナノスケールの凹凸を付与して高比表面積化したナノセルラーグラフェン（NCG）は、電子・エネルギーデバイス、センサー等の高性能化につながる重要部材として注目されています。
NCG固有の優れた数々の特性は、その作製過程において導入されるクラック等の欠陥によって著しく低減されます。一般的なデバイスサイズであるセンチメートル以上の大きさで、均質かつクラックフリーで継ぎ目のないNCGを作製することは極めて困難であり、これを効率的に作製する新技術の開発が渇望されてきました。
東北大学金属材料研究所の朴元永大学院生（現・現代自動車）、朱修賢助教（現・韓国壇国大学）、加藤秀実教授らは金属溶湯脱成分法によりビスマス液体中で炭素原子が継ぎ目のないNCGを高速で自己組織化し、これが黒鉛化処理を経て高い引張強度と高い導電率を呈することを明らかにしました。このユニークな材料を活物質（兼集電体）に用いたナトリウムイオン電池（SIB）は、高レート、長寿命、かつ、優れた変形耐性を呈することから、SIBの高性能化、フレキシブル化を実現するものと期待されます。
本研究成果は、2024年2月23日付（現地時間）に、科学誌Advanced Materialsオンライン版に掲載されました。
なお本成果は、学際科学フロンティア研究所の韓久彗助教（現・中国・天津理工大学）、先端材料強度科学研究センター、韓国・浦項工科大学校および米国ジョンズ・ホプキンス大学の研究者らとの共同研究によるものです。
詳細
- プレスリリース本文 [PDF: 1.48MB]
- Advanced Materials [DOI: 10.1002/adma.202311792]
図1.ナノセルラーグラフェン（NCG）の作製工程
詳しくはこちらへ