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2012 Fiscal Year Research-status Report

多孔質電極の熱力学

Research Project

Project/Area Number 24550169
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

清原 健司  独立行政法人産業技術総合研究所, 健康工学研究部門, 主任研究員 (30344188)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Keywords電気化学 / 分子シミュレーション / 熱力学 / 多孔質電極
Research Abstract

一定電圧グランドカノニカルアンサンブルのモンテカルロ・シミュレーションを用いて、多孔質電極の蓄電量や圧力などの熱力学的な一般的性質を印加電圧や細孔径の関数として計算した。電解質にはプリミティブ・モデルを用い、電極には表面電荷を持つことができる剛体板を組み合わせて用いた。
多孔質電極に電圧を印加すると、電極表面に誘起電荷が蓄えられるとともにその電極の細孔内にカウンターイオンが充填されるが、このときコイオンも同時に充填されることなど、電圧印加に伴う細孔内のイオンの構造の変化が明らかになった。また、電圧印加に伴って、細孔内には圧力が発生し、これは正にも負にもなり、大きさは大気圧より桁違いに大きくなりうることもわかった。さらに、この圧力は電圧のみならず細孔径の関数として大きく変化し、例えば細孔径がイオン径の十分の一変化するだけで大きく変化することもわかった。
次に、二成分の電解質が扱えるようにシミュレーションのプログラムを開発し、これを用いて、アニオンの径が異なる二成分のプリミティブ・モデルについて、多孔質電極の熱力学的物理量を計算した。蓄電量の電圧依存性などは、一成分の場合とあまり変わらないことがわかった。しかし、細孔内のイオンの構造には、二成分系の特徴が現れた。特に、印加電圧の大きさによって多く充填される成分が異なることなど、イオンの電極への選択的吸着が見られた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の計画において、多孔質電極の熱力学的物理量の計算と、これの二成分系への拡張を挙げたが、これらを予定通り進めることができている。

Strategy for Future Research Activity

多孔質電極の熱力学について、これまではイオンのポテンシャル・モデルとしてプリミティブ・モデルを用いてきた。これにファンデルワールス力を加えたモデルについても計算をし、ファンデルワールス力の効果について明らかにする。また、溶媒を持つ電解質のモデルを立て、溶媒の効果についても議論する。これらの目的のためには、新たにプログラムを開発する必要がある。最終的には、現実の分子に近いモデルを用いた計算を行い、実験との対照をよりしやすくしていく。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

初年度に購入した並列計算機とともに、外部の大型計算機の利用を計画しており、これに予算の一部を使用する。また、研究成果を学会などで発表するための旅費にも予算を当てる。

  • Research Products

    (6 results)

All 2013 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Voltage induced pressure in porous electrodes2013

    • Author(s)
      Kenji Kiyohara and Kinji Asaka
    • Journal Title

      Molecular Physics

      Volume: 111 Pages: 297-308

    • DOI

      10.1080/00268976.2012.720387

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 多孔質電極の熱力学 ~分子シミュレーションから示唆されること~

    • Author(s)
      清原健司
    • Organizer
      電気化学会創立80周年記念大会
    • Place of Presentation
      東北大学
    • Invited
  • [Presentation] On the Mechanism of Bucky Gel Actuator: An Analysis by Monte Carlo Simulation

    • Author(s)
      Kenji Kiyohara, Takushi Sugin, and Kinji Asaka
    • Organizer
      INTERNATIONAL WORKSHOP ON ELECTROACTIVE POLYMERS
    • Place of Presentation
      Fraunhofer IPA, Stuttgart, Germany
  • [Presentation] 多孔質電極中に発生する圧力について: モンテカルロ法による解析

    • Author(s)
      清原健司、塩山洋、安積欣志
    • Organizer
      第39回炭素材料学会
    • Place of Presentation
      長野市生涯学習センター
  • [Presentation] THERMODYNAMICS IN POLYMER ELECTRODES: AN ANALYSIS BY MONTE CARLO SIMULATION

    • Author(s)
      Kenji Kiyohara, Takushi Sugin, and Kinji Asaka
    • Organizer
      5th Internantional Conference on Electroactive Polymers
    • Place of Presentation
      Banaras Hindu University, India
    • Invited
  • [Presentation] Thermodynamics in porous electrodes: A Monte Carlo simulation study

    • Author(s)
      Kenji Kiyohara and Kinji Asaka
    • Organizer
      PRiME2012 (電気化学会およびECSの合同開催)
    • Place of Presentation
      Hilton Hawaiian Village, USA

URL: 

Published: 2014-07-24  

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