成果報告書詳細
管理番号20150000000020
タイトル平成22年度-平成24年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業 (燃料電池・蓄電池) CNTを利用した積層型キャパシタの開発 
公開日2015/4/17
報告書年度2010 - 2012
委託先名株式会社名城ナノカーボン スペースリンク株式会社
プロジェクト番号P10020
部署名イノベーション推進部
和文要約件名:平成22年度-平成24年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業 (燃料電池・蓄電池) CNTを利用した積層型キャパシタの開発

本開発において、CNT(カーボンナノチューブ)を利用した積層型キャパシタの開発を行った。CNTの低コスト化に係る部分は株式会社名城ナノカーボンが担当、キャパシタの開発に係る部分はスペースリンク株式会社が担当、ビジネスプランに係る部分は両者で担当した。(1)高性能CNTの低コスト化:直径60mmの管状炉を用いた小型連続合成装置の開発を行った。具体的には定量の水素ガスでCNTの原料となるナフタレン系溶液をミスト状に噴霧供給するための機構を開発した。また、単層CNTを連続的に回収する機構を開発し、10時間運転で5g回収した。その結果、不純物純の残量8%、ラマン分光によるG/D比70の高結晶な単層CNTを合成できた。(2)CNTハイブリッド蓄電池の作製:電極2枚、セパレーター1枚の単一セルで、4V、10mAでエネルギー密度19.9-107Wh/kgを達成した。パワー密度については20.6kW/kgを確認した。また、セルの積層化実験を行い、CNT積層型キャパシタ(10セル直列)については19V、1mAで1000サイクル試験で、充放電損失2%以下を達成した。(3)ビジネスプランの策定:ビジネスプラン概要を策定した。商品1:CNT→名城ナノカーボンが事業化、2:車載用積層化CNTキャパシタ、電子回路用積層化CNTキャパシタ→名城ナノカーボン、スペースリンクが事業化。(4)高性能CNTの低コスト化:直径100mm、加熱ゾーン1500mmの大型連続合成炉を開発し、単層CNTを2.5g/hの合成レートで合成することを可能にした。また、コストに関しても当初の目標を達成することができた。純度は90%以上で、ラマン分光によるG/D比70の高結晶な単層CNTを合成できた。(5)CNT積層型キャパシタの開発:高耐圧CNT積層型キャパシタモジュールの試作を行った。この結果、1層あたり5Vの動作電圧を可能として12層を積層することで60Vの耐圧を実現できることを確認した。また、セルの積層化実験を行い、CNT積層型キャパシタ(5セル直列)モデルにおける1万回サイクルテストの結果、2%以内の劣化となることが判明した。家庭用・事業用蓄電システムへ応用することを目指すものとして、夜間電力で蓄電する実用型CNT積層蓄電装置の構成・性能を検討して装置を試作し、高耐圧CNT積層型キャパシタモジュールを用いて、耐圧:300V以上で静電容量:1200F以上のものが実現できる見通しを得た。(6)ビジネスプランの見直し:CNT積層型キャパシタに関心のある、産業機器メーカーにヒアリングを行うことができた。CNTのコストとしては10万円/kgをターゲットとして欲しいとのこと、年産10トン程度の量産化を目指して欲しいとの要望が出た。
英文要約Title:New Energy Venture Business Technical Innovation Program/New Energy Venture Business Technical Innovation Program(Fuel Cells and Batteries)/Development of accumulating type capacitor using CNT (FY2010-FY2012) Final Report

In this development, the multilayer type capacitor was developed using CNT (carbon nano tube). The Meijyo nano-carbon Ltd. took charge of the part that lay low lowering the cost of CNT as roles. Spacelink Ltd. took charge of the part that lay development of the capacitor, and both took charge of the part that lay a business plan. (1)Lowering the cost of high performance CNT ・Develop the small continuous synthesis device that uses the tube furnace of 60mm in diameter, and concretely; in the hydrogen gas of the fixed quantity, naphthalene solution that became the raw material of CNT were developed, and mist system solution was developed and the mechanism to do the spraying supply like the mist was developed. ・The mechanism that continuously retrieved single-layer CNT was developed, and it retrieved by 5g by 10 hour driving. ・Single-layer CNT was synthesized by the remainder amount of impurities 8%, G/D ratio 70 by the Raman spectroscopy high crystals. (2)Fabrication of CNT hybrid storage battery ・It is an energy density in the single cell (two electrodes and one separator) by 4V and 10mA. 19.9-107Wh/kg was achieved. 20.6kW/kg was confirmed about the power density. ・The multi-layer experiment of the cell was done, and the electrical charge and discharge loss 2% or less was achieved by 10,000 cyclic tests by 19V and 1mA about the CNT multi layer capacitor (ten cell series). (3)Decision of business plan Outline of business plan Commodity 1:CNT → Meijyo Naoncarbon Commodity 2:Multi layer CNT capacitor → Meijyo nano-carbon and Spacelink for vehicle multi layer CNT capacitor and electric circuit (4)Lowering the cost of high performance CNT ・Developing 100mm in diameter and a large-scale continuous furnace of 1500mm in the heating zone, and synthesizing single-layer CNT by the rate of 2.5g/h became possible. Moreover, achieving the cost target became possible. ・Purity was 90% or more, and single-layer CNT was able to be synthesized 70 compared with G/D ratio by the Raman spectroscopy high crystals. (5)Development of CNT multi layer capacitor ・The high voltage CNT multi layer capacitor module was made for trial purposes. As a result, it was confirmed to be able to achieve the resisting pressure of 60V by enabling operating voltage of 5V a layer and depositing 12 layers. 38F/g has been achieved by the shape of 5x9 cm x0.1 cm (1g). Corresponding to 84kW/kg, and the level of this performance are almost equal to the capacity of the nickel metal-hydride battery. ・The multi-layer experiment of the cell was done, and the electrical charge and discharge loss 2% or less was achieved by 10,000 cyclic tests by 19V and 1mA about the CNT multi layer capacitor (five cell series). It turned out to become deteriorated within 2% as a result of cycle test 10,000 times in five piece accumulating model. ・The device was made for trial purposes examining the composition and the performance of the applicable CNT capacitor storage system accumulated by power at nighttime to aim to apply it to the storage system for the domestic use and the business. The high voltage CNT multi layer capacitor module was used from this experimental result, and the resisting pressure: It is electrostatic capacity by 300V or more: The prospect that the one of 1200F or more was able to be achieved was obtained. (6)Review of business plan Interested industrial equipment manufacturer in the CNT multi layer capacitor was able to do hearing. It was wanted CNT as a target less than 100,000 yen/kg. The demand of wanting to aim at the mass production of about 10 tons in the annual output went out.
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