2021 Fiscal Year Research-status Report

電池高出力化実現に向けたMg酸化物皮膜生成・成長・破壊のリアルタイムイメージング

Research Project

Project/Area Number	21K04676
Research Institution	Nagoya Institute of Technology
Principal Investigator	星芳直名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20632574)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	マグネシウム / リアルタイムイメージング / 3Dインピーダンス法 / 素反応解析 / 電気化学セル / 電流線分布 / pH検出 / 水素発生
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、マグネシウムの溶解にともなう酸化物皮膜生成・成長・破壊の動的過程をリアルタイムに追跡できる電気化学計測法を開発し、マグネシウム表面の溶解形態変化とその過程において観察される水素発生の支配因子解明に基づくマグネシウム電池の高出力化指針を確立することを目的とする。本年度は、浸漬中においてマグネシウム表面の溶解挙動をリアルタイムに追跡できる電気化学測定システムの開発を実施した。透明なアクリル板を用いて電気化学セルを設計することで、電気化学測定中におけるマグネシウム表面変化を透明なアクリル板を介してデジタルマイクロスコープにより動画撮影が可能となった。電気化学測定は三電極系でおこなうため、作用極と対極は電極間の電流線分布を考慮した電極配置とし、作用極近傍に参照極を設置した。マグネシウムは溶解にともない界面近傍のpHが変化するため、マグネシウム表面近傍にpHセンサーを設置し、測定される自然電位からpHの値を算出した。この電気化学セルを用いてマグネシウムの自然電位の測定、アノード分極曲線およびカソード分極曲線の測定を実施し、各々の測定においてpH測定とマグネシウム表面の動画撮影を同時に実施することで、マグネシウムの溶解挙動とこれにともなう水素発生挙動の対応関係を調査した。加えて、マグネシウムの溶解挙動解析に3Dインピーダンス法を適用し、任意の時間における瞬間のインピーダンスから素反応解析をおこなった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本年度の目的としていた浸漬中におけるマグネシウム表面の溶解挙動をリアルタイムに追跡できる電気化学測定システムを開発することができた。この測定システムによりマグネシウム表面の溶解形態と測定されたインピーダンススペクトルの相関解析に着手できた。そのため，総合的におおむね予定していた研究について計画通り進行している。
Strategy for Future Research Activity	開発した電気化学測定システムを用いたマグネシウム表面の溶解形態と測定されたインピーダンススペクトルの相関解析に基づき、マグネシウム溶解にともなう皮膜形成・破壊と水素発生の電気化学反応プロセスの解明に取り組む。