酸化金電池の放電特性

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K05692
• Research Institution: Tokyo University of Technology
• Principal Investigator: 西尾 和之 東京工科大学, 工学部, 教授 (00315756)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: アノード酸化 / 一次電池 / 水系電池 / 酸化金

Outline of Annual Research Achievements

アノード酸化によって生成される金酸化物皮膜の正極放電特性を定量的に評価するためには，金酸化物の生成量の再現性・安定性の高いアノード酸化条件を確立させる必要がある．アノード酸化後の単位面積あたりの金酸化物の生成量は，穏やかにカソード掃引を実施して金酸化物を還元させた時の電気量で求めることができている．そこで，金のアノード酸化を繰り返し実施し，それぞれの試料についてカソード還元を行い，電気量の再現性つまり酸化皮膜の生成量の再現性について検討を行った．０℃，0.2M硫酸水溶液500mL中で1cm×3cmの金箔を硫酸/硫酸水銀参照極に対して2.1Vに維持し，酸化電気量が50Ccm-2に到達したところでアノード酸化を停止した．その後，試料を+0.6Vから0Vまで-10mVs-1でカソード掃引し，還元電気量を求めた．この操作を8回連続して実施した結果，還元電気量の平均値は0.483Ccm-2，最大電気量と最小電気量の差が0.07Ccm-2となった．アノード酸化時の金酸化物生成の電流効率は僅か1%程度であり，約99%は電解液の分解に消費される．金酸化物の生成量の変動は，撹拌された電解液と試料の電極の位置が僅かに変化したことが考えられる．アノード酸化を繰り返し実施すると電解液が劣化するが，繰り返しのアノード酸化に従って酸化皮膜の生成量が低下する結果ではなかったことから，今回の8回程度のアノード酸化の繰り返しでは，電解液の劣化は影響しない事が確認された．
アノード酸化を電位制御から電流制御に変更し，定電流の110mAm-2で50Ccm-2までアノード酸化した結果，変動幅は0.05Ccm-2となり，若干の改善がみられた．電流密度を80mAcm-2に下げて穏やかなアノード酸化条件で確認したところ，変動幅は0.04 Ccm-2まで改善した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

金のアノード酸化によって得られる金酸化物の生成量の再現性の確保は，本研究課題の金酸化物の放電特性の評価で非常に重要となる．金酸化物の生成量の変動の少ないアノード酸化条件を慎重に検討を行ったために上述の成果が得られたが，ほぼ計画通りに進んでいるといえる．

Strategy for Future Research Activity

硫酸水溶液中で生成した金酸化物の正極放電特性を評価する．続いて，基準の電解液とする硫酸水溶液以外の電解液種，pH，化成時の電位，温度などの条件を変えて酸化金多孔質皮膜を作製する．これらの多孔質皮膜の微細構造と電極特性の解析を通して，起電力と内部抵抗を中心として，優れた放電特性を示す酸化金皮膜の条件を明らかにしていく．
その後，金アノード酸化皮膜の電池特性を把握していく．酸化金皮膜を正極とし，水系一次電池の負極として一般的な亜鉛を負極としてその放電特性を評価する．その後，電池特性を向上させるために負極材料，電解液，酸化金の形成量などを詳細に検討し，新型の電池としての可能性を明らかにする．

Causes of Carryover

研究の原料である金箔の消費量が計画よりも少なかったことが，次年度使用額が生じた主な理由である．次年度は実験の回数を増加させて金酸化物皮膜の正極放電特性の解析を進めることから，次年度の配分額と次年度繰越金と合わせ，金箔，実験器具，コイン型セル作成装置，任意関数発生装置などの購入に使用する予定である．