高分子ゲル電解質を用いた新しいニッケル-亜鉛二次電池の構築

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650895
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 古川 直治 大阪府立大学, 工学研究科, 講師 (70081338)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野原 愼士 大阪府立大学, 工学研究科, 助手 (40326278) ; 井上 博史 大阪府立大学, 工学研究科, 助教授 (00213174) ; 岩倉 千秋 大阪府立大学, 工学研究科, 教授 (00029183)
• Keywords: ニッケル-亜鉛二次電池 / 高分子ゲル電解質 / 吸水性高分子 / 電気伝導率 / イオン輸率 / デンドライト / 形態制御 / 電極 / 電解質界面

Research Abstract

本年度は、ニッケル-亜鉛二次電池用の電解質として高吸水性高分子を用いたゲル電解質を作製し特性評価を行うとともに、電極/ゲル電解質界面における電気化学挙動を検討し、似下のような結果を得た。
1.架橋型ポリアクリル酸塩およびその誘導体とKOH水溶液から種々の高分子ゲル電解質を作製し、その電気化学特性を評価した。その結果、架橋型ポリアクリル酸カリウム-KOH系のゲル電解質が広い温度範囲(40〜-20℃)にわたってKOH水溶液に近い高い電気伝導率を示すことを見い出した。また、ゲル電解質は、イオン輸率の測定から伝導のキャリアーが水酸イオンであり、KOHおよび高分子の広い濃度範囲にわたって0.1Scm^<-1>のオーダーの高い伝導率を示すことがわかった。さらに、ゲル電解質は広い電位窓を有し電気化学的に安定であることがわかった。一方、ニッケル正極/ゲル電解質界面での酸化還元反応がスムースに進むこと、正極で発生する酸素はゲル電解質中でKOH水溶液中と同等の速い透過速度を有することを見い出した。
2.架橋型ポリアクリル酸カリウム-KOH-ZnO系のゲル電解質中で亜鉛の腐食は、HOHおよびKOH-ZnO水溶液やKOHゲル電解質中におけるよりも著しく遅いことがわかった。このようなZnOを含むゲル電解質中でサイクリックボルタンメトリーを行い亜鉛の電析とアノード溶解性を調べた結果、両反応は円滑に進み電極/ゲル電解質界面が二次電池の反応場として機能することが示唆された。さらに、電析亜鉛の形態制御を行うために各種の無機、有機化合物を電解質に添加し析出形態と分極特性を検討した結果、高分子ゲル電解質中でデンドライトの生成を抑制し均一な析出形態を得るための添加剤と析出条件を見い出した。

Research Products

• [Publications] Chiaki Iwakura: "Nickel/Metal Hydride Cells Using an Alkaline Polymer Gel Electrolyte Based on Potassium Salt of Crosslinked Poly (Acrylic Acid)"Electrochemistry. 69・9. 659-663 (2001)
• [Publications] Chiaki Iwakura: "The Possible Use of Polymer Gel Electrolytes on Nickel-Metal Hydride Battery"Solid State Ionics. (in press).
• [Publications] 岩倉千秋: "電子とイオンの機能化学シリーズ Vol.1 いま注目されているニッケル-水素二次電池のすべて"(株)エヌ・ティー・エス. 422 (2001)