2015 Fiscal Year Annual Research Report
Fe基ヘテロアモルファス合金を用いたナノポーラスFeの作製と金属空気電池への応用
Project/Area Number |
26630359
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Research Institution | Tohoku University |
Principal Investigator |
原 信義 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40111257)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
武藤 泉 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20400278)
菅原 優 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40599057)
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Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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Keywords | ナノポーラス鉄 / 空気電池 / 負極 / 鉄基ヘテロアモルファス合金 / ナノ結晶析出相 / アモルファス母相 / 選択溶解 |
Outline of Annual Research Achievements |
将来の電気自動車の普及のためには,現在のリチウムイオン電池の性能を越える次世代電池が必要である。その有力候補の一つは理論エネルギー密度が高い金属空気電池であるが,実用化のためには正極および負極材料の高性能化が必要である。本研究では,従来の粉末電極材料の代わりにナノポーラス電極材料を用いるという発想転換を試みる。具体的にはFe基ヘテロアモルファス合金を出発材料に用いるナノポーラスFe作製法(熱処理による「ナノ結晶化」→電気化学的制御下の「選択溶解処理」)を開発すると共に,ナノポーラスFeを負極に用いる空気鉄電池の特性を評価することを目的とする。 昨年度の研究によって、アモルファスFe85Si2B8P4Cu1合金からのα-Feナノ結晶析出の最適熱処理条件(698K、600s)とα-Feナノ結晶のみを選択溶解させるための最適溶解条件(pH4、-0.6VSSE)が明らかになった。本年度は,最適条件で作製した共連続構造のナノポーラスFeの負極特性を評価するために、電池の電解液であるアルカリ溶液中における酸化還元特性を電気化学的に検討した。0.1M KOH溶液中におけるサイクリックボルタメトリー測定を行った結果、可逆的酸化還元が起こるが、初期の通過電気量は平板試料の2~3倍程度に過ぎず、またサイクル数の増加とともに電気量が減少した。これは、アモルファスFeに含まれるSiによって、表面にSiO2リッチな酸化皮膜が生成するためであることが分かった。高濃度の5M KOH溶液を用いた結果、SiO2が溶解して通過電気量は平板試料の15~20倍まで増加し、またサイクル劣化も軽減された。しかし、高濃度アルカリであるためFeが微量溶出することが分かった。電解液組成に関してはさらなる検討が必要であるものの、金属空気電池の負極として共連続構造のアモナノポーラスFeは有望であることが明らかになった。
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