ファースト・グラフェン・リミテッド（ASX：FGR、以下「ファースト・グラフェン」または「当社」）は、高性能スーパーキャパシタ材料の開発プログラムにおいて、重要なマイルストーンを達成したことを発表します。当社はこれまで、独自の電気化学プロセス技術により、高容量の「ハイブリッド活物質」のスケーリングに成功したことを報告してきました。 これらの新規材料は、単純なセルプロトタイプでテストしたところ、単位面積あたり高い静電容量を実証しました。最近の研究では、高いエネルギー密度と電力密度を実現するスーパーキャパシタデバイスの最適化された材料表の開発に重点を置いています。
ファーストグラフェンは、複数の実験室での試験を経て、標準的なテストセルにおいて、PureGRAPH®ハイブリッド活物質が主要な活性炭活物質を100サイクル以上上回ることを実証したことをお知らせします。図1は、PureGRAPH®ハイブリッド活物質の比容量が140ファラド/グラム（F/g）であるのに対し、活性炭セルの比容量は通常35 F/gであることを示しています。これは、PureGRAPH®ハイブリッド活物質が、デバイス製造に使用する電極スラリーにうまく配合でき、高い比キャパシタンスを維持し、高い充放電速度で動作することを明確に示している。
詳細な文献調査によると、より高い出力密度とエネルギー密度を持つデバイスへのさらなる進歩には、改良型スーパーキャパシタデバイスの開発が必要であることが示されている。研究の焦点は、強化された電解質とセパレータを含む、デバイスの材料表の改良に切り替わった。発表された研究によると、高電圧で動作する高キャパシタンスの最適化されたセルは、10kW/L 以上の電力密度と 10Wh/L 以上のエネルギー密度という「10 プラス 10」の目標を達成できることが示されている。
当社では、高い出力密度とエネルギー密度を実現するために、代替電解質のテストも行っています。より高い電圧範囲を実現するために高密度のプロトン性水性電解質を用いた最初のテストで、ファースト・グラフェンはエネルギー密度を85％向上させることに成功しました。
現在、さらなる電解液の改良が進められており、当社はセル設計と電解液材料の第一人者との関係を確立しています。PureGRAPH®ハイブリッド活物質と電解質の理想的な組み合わせを特定することにより、ファースト・グラフェンは、10kW/L以上の出力密度と10Wh/L以上のエネルギー密度という世界最高水準の性能を期待している。
商業化
活性炭を大幅に上回る性能を実証したファースト・グラフェンは、次世代スーパーキャパシタの開発を目指す世界の大手スーパーキャパシタ製造企業との商業的パートナーシップを構築する上で、優位な立場にあります。現在、契約や経済効果の評価はまだ行われていません。
これは当社にとって重要な技術的ブレークスルーであり、世界的に全く新しい市場セグメントへのアクセスを向上させることができます。
市場とアプリケーション
スーパーキャパシタデバイス市場は、2020年の4億900万米ドルから2025年には7億2000万米ドルまで、12.0%のCAGRで成長すると予測されている。市場の成長は、エネルギーハーベスティング用途での需要増加や、電車や航空機でのスーパーキャパシタの利用が増加していることが要因となっています。さらに、電気自動車に対する世界的な需要の増加が、市場の成長を促進すると思われます。
大量生産が可能なアプリケーションとしては、スーパーキャパシタとバッテリーを組み合わせた電源があり、加速時や回生ブレーキ時にスーパーキャパシタがピークパワーを平滑化し、バッテリーへの負荷を軽減してバッテリーの寿命を延ばすことが期待されます。
当社は、利用可能な高性能デバイスのデスクトップ分析およびデバイステストを含む、スーパーキャパシタデバイスの徹底的な検証を完了しました。現在のベストインクラスのデバイスは、10kW/Lを超えるパワー密度と5Wh/Lを超えるエネルギー密度を有しています。これを達成するためには、セルは高い比キャパシタンスと高電圧ウィンドウで動作する能力を持つ必要があります。
エネルギー貯蔵技術
電気二重層キャパシタ（EDLC）を用いたスーパーキャパシタは、急速な充放電が可能であり、高い電力密度が得られる。このスーパーキャパシタは、高表面積の電荷貯蔵媒体として、通常、活性炭を使用しています。また、デバイス内の電荷分離を利用するため、化学反応に依存しない。 つまり、EDLCスーパーキャパシタは安定しており、多くの充電/放電サイクルに耐えることができる。
電気自動車（EV）の場合、理想的な蓄電デバイスは、長距離走行を可能にする高エネルギー密度の化学電池と、急速充電・放電が可能なスーパーキャパシタを組み合わせ、発進・停止時など比較的短時間に高い電力が必要な場合に効果的に管理することである。これにより、バッテリーの寿命を延ばし、最終的には車の航続距離を伸ばすことができます。
この複合システムの理想的な経路は、電気二重層キャパシタンス機構と電解質中のイオンと電極表面の活性物質との間の急速な酸化還元反応によって電荷貯蔵が行われる、疑似キャパシタ技術によるものである。 擬似キャパシタンスは、スーパーキャパシタの性能を大幅に向上させることができる。ファーストグラフェンのPureGRAPH®ハイブリッド活物質が、擬似容量の達成を可能にすることが示されている。
ファースト・グラフェンのマネージング・ディレクター兼CEOであるマイケル・ベルは、次のように述べています。「当社は、急速に立ち上がりつつあるエネルギー貯蔵材料市場において、引き続き順調な進捗を遂げています。PureGRAPH®製品をベースにした堅牢で高容量な材料を製造できることは証明済みです。次の課題は、他のデバイス部品との性能を最適化することであり、特に適切な電解液に重点を置いています。そのために重要な戦略的関係を確立しています。
より詳細な情報は、以下をご覧ください。
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