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成果報告書詳細
管理番号20160000000907
タイトル平成27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) 高性能エネルギーデバイスに資する「炭素めっき技術」の開発
公開日2017/6/15
報告書年度2015 - 2015
委託先名アイ’エムセップ株式会社
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【研究開発項目1:様々な金属基材への展開】これまでに得られた炭素めっき膜の成膜条件について、アルミや一般鋼材(SPCC等)に横展開し、それぞれの基材についての最適な電解条件や前処理方法などを検討した。アルミ基材については、NaOH水溶液によるアルカリ洗浄を実施し、溶融塩中への浸漬方法を改善することで、良好な炭素めっき膜が得られるようになり、後述するキャパシタの部材として組み込むことが可能となった。また、SPCC(冷間圧延鋼鈑)については、下地処理としてニッケルめっきを組み合わせることで、良好な炭素めっき膜が得られた。さらに、スクラッチ試験による炭素めっき膜の密着強度評価の結果、ブラスト処理による基材表面の粗面化が、炭素めっき膜の密着性向上に効果的であることを見出した。【研究開発項目2:大型基材・複雑形状基材への展開】大型基材や複雑形状基材への均一な炭素めっき膜形成について、炭素めっき処理装置(大型装置)を使用して検討した。まず、チタン板(80×80×0.1 mm)について炭素めっきを実施し、被処理基板周囲に補助電極を設置することにより、目標値である膜厚精度±10%以内を達成した。また、管状基材についても炭素めっき処理を行い、基材内部まで炭素めっきが可能なことを確認した。【研究開発項目3:炭素膜の構造・特性評価】作製した炭素めっき膜について、試料表面や断面のSEM観察やEPMAによる分析を行って、研究開発項目1、2の目標達成のための指針を得た。【研究開発項目4:エネルギーデバイスの性能評価】炭素めっき部材(集電体)を組み込んだキャパシタ(小型評価デバイス)を作製し、充放電特性の評価を行った。炭素めっきを施すことにより、60℃・200時間のフロート試験での容量低下率が20%程度に低減された(通常は40%程度)。また、フロート試験後の最大出力密度の目標値(炭素めっき未使用の場合の2倍)はほぼ達成されたと考えている。【研究開発項目5:事業化計画の策定】エネルギーデバイス用途に向けた炭素めっき部材の製造・販売についての事業化計画を策定し、複数のパートナー候補企業との関係構築を行った。その結果、集電体の材料メーカーからは、本事業期間内から材料提供の協力が得られている。また、炭素めっき装置の製作メーカーとキャパシタメーカーについては、本事業終了後に結果報告も含めて改めて面談を行う予定となっており、今後の共同開発に向けた調整を進めている。
英文要約Title : New Energy Technology Research Development/ New Energy Venture Business Technology Innovation Program (Fuel Cells and Batteries)/ Development of noble carbon plating process for high-performance energy device (FY2015) Final Report

[R&D item 1: Application to various metal substrates] We examined the optimum electrolytic condition and pretreatment methods for carbon film formation on substrates, such as aluminum and general steel (SPCC: cold-rolled steel, etc.). On aluminum substrate, a dense and adhesive carbon film was formed by improving the dipping method in molten salt after alkaline cleaning with an aqueous sodium hydroxide solution. We applied the aluminum foil coated by carbon film to the current collector for the EDLC test cells. On the SPCC, an excellent carbon film was formed by combining the nickel plating as a surface treatment before the carbon plating. We conducted adhesion strength tests for the carbon film with the scratch method and found that roughening of the substrate surface by blasting is effective for improving the carbon film's adhesion. [R&D item 2: Application to large-sized and complex-shaped substrates] We examined the conditions of carbon plating onto large-sized and complex-shaped substrates for obtaining uniform-plated film thickness using a large-sized carbon plating apparatus. First, 80 × 80 × 0.1 mm titanium plates were used as the substrate for determining the optimum plating condition. Placing an auxiliary electrode around the substrate was effective for obtaining uniform-plated film thickness. As a result, we achieved a target value of film thickness accuracy within ±10%. On a tubular substrate, a dense carbon film also formed on its inner wall. [R&D item 3: Structural characterization of carbon films] Structural characterization of carbon films was conducted by scanning electron microscopy (SEM) and electron microprobe analysis (EPMA). These measurement results were very useful to achieve our goals for R&D items 1 and 2. [R&D item 4: Evaluation of performance as an energy device] We constructed EDLC test cells for performance evaluation and applied a carbon-plated aluminum foil to their current collectors. The capacity reduction rate of the EDLC that contained the carbon-plated aluminum foil was reduced approximately 20% after a floating test at 60 degrees Celsius for 200 hours (normal cell: approximately 40%). After the floating test, we almost achieved our target value of the maximum power density for the device: twice the value of a normal cell without carbon plating. [R&D item 5: Business plan] We formulated a business plan for the manufacturing and the sales of carbon-plated materials for energy devices and built relationships with candidate-as-customers (manufacturers of plating equipment, EDLC, lithium-ion batteries, and so on). As a result, a material manufacturer of current collectors has agreed to provide its materials. After this project, we will show them our excellent achievements to promote joint development.
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