CFRP - Todoroki lab.

自動車用CFRP構造キャパシタの基礎研究
B12
機械物理工学専攻
轟・水谷研究室 13M10159 澤田
知弘
研究背景 CFRP構造キャパシタ : 蓄電機能を持つ構造材
CFRPとは
・軽量・高強度・高剛性材料
・自動車構造体にも適用拡大
電気を蓄えられる自動車ボディの実現
構造キャパシタの従来手法
CFRP構造フィルムキャパシタ
CFRP 誘電体
電極 フィルム
自
動
車
に
適
用
BMW-i3 CFRP製キャビン
平行平板コンデンサを形成
静電容量試算
目標値:120F エネルギー回生用途
必要な誘電体厚さ：約0.1nm
解決案
・総重量削減
・車体空間の拡大
バッテリー
削減可能
CFRP構造フィルムキャパシタでは実現困難
CFRP構造スーパーキャパシタで大容量化
CFRP構造スーパーキャパシタの概念図
スーパーキャパシタとは
活性炭電極 ろ紙 放電
充電 低電圧(～2.5V)
電解液
電気二重層
約1nm程度の誘電体層
(電気二重層)を利用
・活性炭(表面積◎,強度×)
・電解液(導電性◎,強度×)
・ろ紙，PTFE
研究目的
GFクロスorろ紙
材
料
構
成
を
応
用
大容量化
・CFクロス(表面積△,強度◎)
・ポリマー電解質(導電性△，強度○)
・ろ紙，GFクロス(GFは強度◎)
ポリマー電解質を含浸
CFクロス電極
 イオン導電性を有する固体樹脂
・LITFSI(高解離性Li塩)
・PEGDGE樹脂(Liイオンを解離可能)
・TETA(硬化剤)
CFRP構造スーパーキャパシタの自動車外板への適用可能性を検討
試験片作成・電気性能測定
等価回路とのパラメータフィッティング
 V=0.10V印加時の充電電流を測定→等価回路での理論値と比較
試験片作成
CF- ろ紙-CFのサンドイッチ構造で，
+
Li イオンを0.10wt%含むよう調整
Rs：直列抵抗
Rp：並列抵抗
Csp：静電容量
測定結果
V
I (t ) 
e
RS

t


t
V

(1  e  )
RS  RP
CSP RS RP


ただし ( R  R )
S
P
・Csp=2.7mF
従来手法：2.0mF
2
自動車外板全体(11.3m )に適用
18F
高静電容量化達成
・Rp=49.8kΩ
・Rs=6.0kΩ ・・・20mΩ程度が必須
大電流を充放電不能
2
40×40mm に切り出し，試験片とした
今後の予定
構造スーパーキャパシタの強度評価
Todoroki & Mizutani Lab.
直列抵抗削減手法の考案
Dept. of Mechanical Sciences and Engineering Tokyo Institute of Technology