INCAR-CSIC等の研究グループが 生体分子を用いた簡単なグラフェン剥離手法を開発しました。
本研究成果は、ACS Applied Materials & Interfaces 12.1 (2019): 494-506に掲載されています。
この記事は下記論文の紹介記事です。
論文：
Munuera, Jose M., et al. "High Performance Na-O2 Batteries and Printed Microsupercapacitors Based on Water-Processable, Biomolecule-Assisted Anodic Graphene." ACS Applied Materials & Interfaces 12.1 (2019): 494-506.
特にシンプルで環境に優しい手法を用いてグラフェンの生産と処理を行うことは、最先端の電気化学エネルギー貯蔵技術におけるグラフェンを実装する取り組みにおいて非常に求められている技術です。
このような背景から同研究グループは、グラフェンナノシートの水中での電気化学的剥離と分散を促す二機能性薬剤として、天然のヌクレオチド（アデノシン一リン酸など）を開発しました。
剥離電解質とコロイド安定剤の両方として機能するこれらの生体分子は、水性グラフェンバイオインクへのアクセスを容易にしました。
同研究グループは、この生体分子支援のシンプルなグラフェン剥離手法を用いて、グラフェンベースのエアロゲルとインクジェット印刷したグラフェン櫛形電極によるマイクロスーパーキャパシタを作製しました。
組み立てられたNa-O2電池は、0.2 mA cm-2の電流密度で最大3.8 mAhcm-2の最大放電容量を示しました。
さらに、サイクリング実験（0.5 mAh cm-2）の結果、50サイクル後の容量保持率が94％であり、このタイプのバッテリーの従来のグラフェンベースのカソードのサイクル寿命を上回りました。
電池性能に対するヌクレオチド吸着ナノシートのプラスの効果が議論されており、これらの生体分子におけるリン酸基の存在に関連しています。
電極が競合する性能を示すように、互いにかみ合ったグラフェンパターンから作られたマイクロスーパーキャパシターは、0.003 mW cm-2および0.1 W cm-3の電力密度で0.03μWhcm-2および1.2 mWh cm-3の面積および体積エネルギー密度を提供します。
本研究の結果、さまざまなタイプの機能性グラフェンベースの材料へのグリーンで簡単な作製が可能となりました。
現在の結果はグラフェンの魅力を活用する新しいエネルギー貯蔵技術の開発を容易にすることが期待されます。