2017 Fiscal Year Annual Research Report
In-situ observation by frequency modulation atomic force microscope: Remarkable improvement of charging characteristics of lead battery
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16K14099
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
木村 宗弘 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (20242456)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平井 信充 鈴鹿工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (50294020)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 鉛蓄電池 / 周波数変調方式AFM / 酸化還元反応 / 希硫酸 / 鉛負極 / サルフェーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鉛電極表面での電気化学反応(EC)の高感度・原子レベルでのin-situ測定を行う事を目指して、従来型AFM(振幅変調方式)と比較して分解能が高い“周波数変調方式(FM-)AFM”を用い、強酸液中原子間力顕微鏡(EC-FM-AFM)を構築した。まず、本実験遂行に必要な強酸液中EC-FM-AFM用カンチレバーホルダーの特注設計に必要な予備実験を実施した。カドミウムを参照電極とすることでコンパクトなAFM用カンチレバーホルダーを設計・製作することが出来た。こうして製作されたカンチレバーホルダーを用いEC-FM-AFMを実施した。希硫酸の濃度を変え、EC測定を行いつつ、充電後および放電後における負極表面像を取得した。その結果、硫酸濃度が薄い場合は、放電時に形成される硫酸鉛の粒径が大きくなることが再現された。AFM 測定中に硫酸鉛が突然消える現象は、茸のような形状となった硫酸鉛が、AFM のチップが触れることで弾き飛ばされる現象であろうことが、ダイナミックモード測定からも確認できた。更に、強酸環境では難しいと考えられていたFM-AFM観測が行えることを実証した。この測定で用いた鉛負極の表面は100nm 近い凸凹が生じているため、原子レベルでの観測は困難であった。しかしながら、凸凹している鉛負極表面の上に、10nm 程度の厚さの層が存在していることは明確に確認できた。この層は、硫酸鉛の層であると思われる。溶液を水および希硫酸と変えても測定出来ることは分かったが、添加剤のリグニンを入れた場合の効果については確認できなかった。これは、測定コンディションが最適化出来ていなかったからと思われる。今後は、リグニン添加剤の影響をナノスケールで探求し、飽和溶媒和観測から硫酸鉛層の成長および硫酸イオンと鉛イオンの混和層を見分ける実験を継続する予定である。
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Research Products
(10 results)
