2018 Fiscal Year Research-status Report
高電界中における蓄電デバイスの充放電現象立証と解析
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18K04089
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| Research Institution | Kanazawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
藤田 洋司 金沢工業大学, 工学部, 教授 (40720222)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小山 正人 金沢工業大学, 工学部, 教授 (30748744)
河野 昭彦 金沢工業大学, 工学部, 准教授 (40597689)
漆畑 広明 金沢工業大学, 工学部, 教授 (40723367)
花岡 良一 金沢工業大学, 工学部, 教授 (90148148)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 高電界 / リチウムイオン電池 / コロナ放電 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「諸言」：リチウムイオン電池（以下LiB:Lithium ion Battery)は重量・体積当たりのエネルギー密度，出力密度とも高いため，携帯機器に広く使用されている。さらに，電気自動車への搭載とその生産量拡大により，大幅なコスト低減が見込まれる。コスト低減に伴い送配電等の高電圧システムにも本来低電圧機器であるLiBが蓄電デバイスとして組み込まれる可能性がある。しかし，高電圧機器近傍にLiBが設置されたときの影響は学術的にほとんど検討されていない。高電界がLiBに及ぼす影響を明らかにし，LiBの適切な利用法確立に貢献することを目的とし，高電界中でのLiBの電圧変動現象を検証した。
「実験結果並びに考察」：LiBの正極側を針電極として高電圧球電極とのギャップを1cm，負極側にも針電極を接続し，接地側球電極とのギャップを1cmとする。LiBは電気的に浮いた状態にある。2.8Vに充電した後，開路状態の電圧を測定した(0s～300s)。高電圧印加時には電圧測定の都度、高電圧電源を停止させ、LiB電圧を測定する（300s～600s）。電圧測定後、LiBを再充電し、0sから実験を再度開始し高電圧電源運転時間の異なる時のLiB電圧を測定した。
「LiBの正極側ギャップ，負極側接地時の電圧変化」：高電圧電極に±10kVを印加時のLiBの電圧変化を測定した。-10kV印加に比べ+10kV印加時の電圧変化がわずかに大きい。+10kVを高電圧電極に印加すると相対的に針電極側が負極性となり，負極性コロナ放電が発生する。針電極先端では，電子放出の衝突電離によって発生する正イオンが負極に移動するが，導体の針先端で電子との再結合が起こりやすいために電圧変化が大きくなったと考えられる。
「LiBの両極共ギャップ時の電圧変化」：LiBの両極共ギャップ時の，-10kV印加時の電圧変化を示す。両端子共電気的に浮いた状態でも，高電界中でLiB電圧が変化することがあることを検証できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
リチウムイオン電池を用いて、電池の両極とも電気的に浮かせた状態でも、充電レベルが変化することがあることを検証できた。さらにその成果を学会で報告することができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
「高電界印加時の電気化学系の状態把握技術の開発」
1kVを越えると高電圧、高電界下で電気化学系のインピーダンス等の測定は計器耐電圧の制限により困難である。そのため、測定の都度、電界を0にして帯電電荷を除電してLIB等の電圧を測定する必要がある。しかしその際、電気化学反応に寄与しない帯電電荷は無視されることになる。その帯電電荷が電気化学系に及ぼす影響も加味して、電気化学系デバイスの状態把握できるように計測系を改良する過程に学術的創造性がある。さらに、LIB 用電解質は、水分により悪影響を受けるため、実験系の組み立て、配線、測定まで極低露点雰囲気で実施することが不可欠となり、より困難な課題となる。さらに、LIBのインピーダンスは気中放電系に比較し小さく、一般的なLIBを用いても分配される電圧が小さく、解析が困難である。電極面積を極端に小さくし、かつ電解液の周囲へのマイグレーションを押さえた寿命評価も可能な研究用LIBの開発も学術的な創造性が必要な課題である。
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| Causes of Carryover |
理由：購入機器価格が想定よりも安価に納入されたため。
使用計画：次年度に針電極、LIB部材等の消耗品用途にて支出
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