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電気二重層キャパシタ（EDLC）は高出力と長寿命に優れた蓄電デバイスであるが，エネルギー密度が低いという課題がある。近年では温室効果ガスの排出量削減に関して世界的に政策が進められており，ハイブリット自動車（HEV）や電気自動車（EV）などに搭載するためのキャパシタにも高エネルギー密度化が求められている
そのため， Fig.1 に示すような活性炭を正負極に用いたEDLC の負極側をリチウムイオンがドープ可能な材料に置き換えることで，エネルギー密度を向上させたリチウムイオンキャパシタ（LIC）1, 2）の開発も盛んに行われるようになってきた。
Fig.2 に各種蓄電デバイスのラゴンプロットを示す3）。ラゴンプロットとは横軸に出力密度（瞬発力に相当），縦軸にエネルギー密度（持久力に相当）を示したものである。
理想的にはラゴンプロットの右上に位置する特性を持つことが望ましく，LIC はEDLC の瞬発力とリチウムイオンバッテリー（LIB）の持久力をどちらも兼ね備えた理想の蓄電デバイスとしての可能性を秘めている。
EDLC はその高出力特性から自動車の回生エネルギーシステムや，中国国内の路面電車，路線バスなどにも既に普及している4）。大電流で一気に充電を行うことで次の停留所や駅までの決められた短距離間を走行することができる。この蓄電池の部分をLIC で置き換えることにより，大量に積載しているEDLC を小型・軽量化でき，航続距離の改善も可能となる。将来的には急速充放電が可能になり，一般道路にもワイヤレス給電の技術が普及することで，LIC 単独のEV が実現することにも期待できる。
我々がLIC の評価を開始した背景として，これまでリチウム- 硫黄二次電池（LiS）と呼ばれる次世代二次電池の正極材料に，化学気相成長（Chemical Vapor Deposition: CVD）法で作製したカーボンナノチューブ（CNT）電極の開発を行ってきたことが挙げられる。
この電池の課題として，硫黄が絶縁物であるため多量の導電材が必要となることが挙げられる。アセチレンブラックなどの炭素材料より導電性に優れたCNT を用いることで導電材の割合を減らすことが可能となり，電池特性向上につながる。熱CVD 法で作製されたCNT はニッケル金属箔上から垂直に配向しており，電極上部まで良好な電子伝導パスが形成されている（Fig.3 を参照）ため，硫黄の充填量を飛躍的に向上させることが可能であることをこれまで確認してきた5）。
本稿では，この導電性に優れた垂直配向CNT 電極がLIC の負極材料としても適用できるかどうか検証した結果について紹介する。
(※この記事は、2019年9月発行のテクニカルジャーナルMo.83に掲載されたものです。)
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https://www.ulvac.co.jp/r_d/technical_journal/tj83j/
文 献
1） M. Morita: Electrochemistry 85, 736（2017）.
2） T. Chiba: Electrochemistry 85, 796（2017）.
3） https://www.jmenergy.co.jp/lithium_ion_capacitor/.
4） “キャパシタ技術”平成30年度第3回研究会特別号, 28（2018）.
5） Y. Fukuda: The 19th International Meeting on Lithium Batteries（2018）803.