マイクロ電極システムの構築と電気化学的プロチウム個溶過程解析への展開

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11135205
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 西澤 松彦 東北大学, 大学院・工学研究科, 講師 (20273592)
• 研究分担者: 内田 勇 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (50005302)
• キーワード: プロチウム / ニッケル水素二次電池 / 水素吸蔵合金 / マイクロ電極 / 拡散係数 / 電気伝導度

研究概要

プロチウム固溶機能を有する各種合金材料への電気化学的なプロチウム挿・脱入反応を、マイクロ電極を用いたその場(in-situ)測定によって精密に評価し、水素2次電池用新規材料の探索と高性能化を目指した。研究の特色はマイクロ電極を用いる新規な電気化学システムにあり、合金粒子1個を測定対象とすることを可能とした。これにより、高分子結着剤や導電助剤が混在しない、合金粒子自体の電気化学挙動を精密に評価することが出来る。
本年度は単一粒子測定に代表されるマイクロ電極システムのさらなる発展が随所で実現した。例えば、単一粒子の交流インピーダンススペクトル(周波数分散)の測定に成功した。これにより、これまで行なってきた律速過程(プロチウムの合金内拡散)の解析に留まらず、電荷移動パラメータ(交換電流値や対象因子など)の議論も可能となった。また、単一粒子測定系にペルチェ素子による温度制御ユニットを追加し、電池運転時の発熱を考慮した高温(例えば50度)での特性評価を可能とした。一方で、交互型マイクロアレイ電極を用いた測定システムも新規に開発し、充放電反応の進行中に活物質膜全体の導電度を測ることが出来るようになった。プロチウム個溶合金に代表されるインサーション型活物質は充放電反応に体積変化を伴い、条件によっては微粉化する事が知られる。電池活物質の性能を最大限に利用するために、導電度のin-situモニターに基づくプロセスの最適化が有効であると思われる。

研究成果

• [文献書誌] H. -S. Kim: "Microvoltammetric Study of Electrochemical Hydrogenation of a Surface-Treated Mg_2Ni Alloy Single Particle"Bullitun of Chemical Society of Japan. 72. 1643-1646 (1999)
• [文献書誌] H. -S. Kim: "Single Particle Electrochemistry for Hydrogen Storage Alloys, MmNi_<3.55>Co_<0.75>Mn_<0.4>Al_<0.3>"Electrochimica Acta. 45. 483-488 (1999)
• [文献書誌] M. Nishizawa: "Microelectroode Techniques for in situ Measurements on Electrical Conductance of a Carbon Particle and Its Composite Film during Electrochemical Insertion / Extraction"Journal of Physical Chemistry B. 103. 192-196 (1999)
• [文献書誌] M. Nishizawa: "Microelectrode-Based Characterization Systems for Advanced Materials in Battery and Sensor Applications"Electrochimica Acta. 44. 3629-3637 (1999)
• [文献書誌] M. Nishizawa: "Microelectrode-Based Characterization Systems : Application to Lithium lon Battery Materials"Electrochemistry. 67. 420-426 (1999)
• [文献書誌] M. Nishizawa: "lon- and Electron-Transport Properties of a Sinble Particle of Disordered Carbon during the Lithium Insertion Reaction"Journal of Physical Chemistry B. 103. 4933 (1999)