| 研究課題/領域番号 |
22K04077
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21010:電力工学関連
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| 研究機関 | 金沢工業大学 |
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研究代表者 |
藤田 洋司 金沢工業大学, 工学部, 教授 (40720222)
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| 研究分担者 |
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, 電気・光・エネルギー応用研究センター, 教授 (40723367)
仁科 辰夫 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (60172673)
花岡 良一 金沢工業大学, 電気・光・エネルギー応用研究センター, 教授 (90148148)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2023年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | Lithium ion battery / Electrochemistry / Impedance / 交流パルス / インピーダンス / リチウムイオン電池 / 電解液 / 多孔質電極 / 電極モデル / 高電圧 / 大電流 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
LIBが電力平準化といった，大容量システムに適用されつつある。そのため，電力機器の一部として誘導雷等高電圧パルス侵入による応答・安全性への影響を知る必要がある。先行研究にて1μsec未満の電流パルスのピーク値が約10万Cに達してもLIB容量に影響しないという知見を得た。一方，LIB容量低下を伴わない電流パルス幅，電流閾値は未解明であった。この問に答えるため，①電池容量の低下開始，パルス幅，電流値を得ること，②電池容量低下と等価回路中の電荷移動抵抗通過電流（ファラデー電流）の関係を見出すこと，③パルス印加がインピーダンスにおよぼす影響を多孔質電極等価回路モデルを用いて明らかにすることに挑戦する。
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| 研究実績の概要 |
高インピーダンス（φ2mm）のリチウムイオン電池（正極，コバルト酸リチウム，負極．グラファイト，電解質，6フッ化リン酸リチウム，溶媒，エチレンカーボ
ネート：ジエチルカーボネート 1:1，セパレータ，セルロース）を試作し，交流パルスを印加し，電池容量，インピーダンスを評価した．さらに，バトラー
フォルマ―式によりRctを可変とする多孔質電極等価回路モデルにより，細孔内電流電圧分布を計算し以下の結果を得ている．
1．100kHz 1kHz ±100の交流パルス印加時の最大電流は約1Aで23000Cに対応した． 2.交流パルス１パルス印加後，電池容量，インピーダンスに顕著な劣化は見られなかった．しかし、10ｋHzの場合、10回以上の印可で電池性能の劣化が顕著となることがあることがわかった。これば前年度予想された分解によるものではないかと推定される。 3．Ｒctにかかる電圧は1V以下と計算される。また電解液の，電極活物質への影響が微小であるため，電池性能がそれほど低下しなかったと推測された．R5年度、さらにシミュレーションにより正極と負極内にピーク値が10000Cとなる高周波電流を与えた場合の電極内の分極や電解質内のLi分布を明らかにした。 4．一方，電解液には高い電圧がかかることがわかり電解液の分解反応発生が懸念される． 5．LiBに高電圧信号が継続的に加わることにより，電解液の劣化が進み，電池性能の低下が懸念されることがより明確となったと考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
初年度に得られた解析結果をすすめ、さらに電極細孔中のLiイオン濃度も含めた内容に進めて解析することができるようになったため。
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| 今後の研究の推進方策 |
交流パルスを印可実験を進め、周波数、印可回数、電池性能への影響の関係をまとめるとともに、電極反応シミュレーションも援用しながらその影響が現れる要因を抽出する。
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