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» 2015年07月09日 12時15分 UPDATE

電子部品 CNTキャパシタ:アルミ電解コンデンサと同等性能で体積は1000分の1! 超小型のカーボンナノチューブ応用キャパシタ (1/2)

産業技術総合研究所のナノチューブ実用化研究センターは、電極材料に単層カーボンナノチューブ(CNT)を利用した超小型のキャパシタを開発したと発表した。アルミ電解コンデンサと同等の性能を持ちながら体積は1000分の1になるという。

[竹本達哉,EE Times Japan]

100V充放電動作を実証

 産業技術総合研究所(産総研)のナノチューブ実用化研究センターは、電極材料に単層カーボンナノチューブ(CNT)を利用した超小型のキャパシタを開発したと発表した。アルミ電解コンデンサと同等の性能を持ちながら体積は1000分の1になるという。

 炭素原子で構成されるCNTは、直径が0.4nm〜50nm、長さが1μm〜数10μmの一次元性のナノ材料で、比表面積が大きいなどの特徴を持つ。このCNTを、キャパシタの電極材料と使用することで、アルミ電解コンデンサ並みの速さで充放電が可能なキャパシタが実現できることが知られている。

tt150709SAN001.jpg アルミ電解コンデンサ(右)と同等の性能をもちながら体積が1/1000のCNT集積化マイクロキャパシタ(左) 出典:産業技術総合研究所

困難だった集積化

 しかし、CNTを利用したキャパシタは、作動電圧が低くなり、作動電圧を確保するには、複数の小さなキャパシタ(マイクロキャパシタ)を接続、集積化する必要がある。ただ、マイクロキャパシタを集積化するには、電極の微細加工や各電極の隔離などを行うための技術が不足し、CNT応用キャパシタ実現の妨げとなっていた。

 その中で産総研は2010年に、キャパシタの電極に用いることで高エネルギー密度、高パワー密度を実現し、高電圧、安定動作が行える単層CNTをスーパーグロース法*)と呼ばれるCNT合成手法の1つを利用して実現。さらに、スーパーグロース法、CNT高密度化法と、半導体のリソグラフィ技術を融合させて、CNTデバイスの集積化の研究開発に取り組んできた。

*)単層カーボンナノチューブの合成手法の1つである化学気相成長(CVD)法で、水分を極微量添加することにより、触媒の活性時間および活性度を大幅に改善した方法。従来の500倍の長さに達する高効率成長、従来の2000倍の高純度単層カーボンナノチューブを合成することが可能である。さらに、配向性も高く、マクロ構造体も作製できる。(産総研)

 そして、今回、スーパーグロース単層CNTを電極材料とし、リソグラフィによりCNT膜をキャパシタ電極に微細加工する技術を開発することで、小型で軽量かつ高性能な、CNT集積化マイクロキャパシタの開発に至った。

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