水素吸蔵合金電極/プロトン伝導性固体電解質界面の反応とその全固体素子への応用

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11229205
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 岩倉 千秋 大阪府立大学, 工学研究科, 教授 (00029183)
• 研究分担者: 坂口 裕樹 鳥取大学, 工学部, 助教授 (00202086) ; 古川 直治 大阪府立大学, 工学研究科, 講師 (70081338) ; 井上 博史 大阪府立大学, 工学研究科, 助教授 (00213174) ; 野原 愼士 大阪府立大学, 工学研究科, 助手 (40326278) ; 森田 昌行 山口大学, 工学部, 教授 (70136167)
• キーワード: ニッケル-水素電池 / 全固体電池 / エネルギー変換素子 / 高分子ヒドロゲル電解質 / 固体無機ゲル電解質 / 固体酸化物電解質 / 架橋型高分子

研究概要

本年度に得られた知見を総括すると次のとおりである。
1)高分子ヒドロゲル電解質を用いた薄型負極規制および正極規制のニッケル-水素電池を組み立て、その特性を水溶液電解質を用いた同電池と比較検討した結果、両電池がほとんど同等の充放電特性を有すること、また、特に高分子ヒドロゲル電解質中において負極合金の局部腐食が抑制されるため、電池の保存特性は高分子ヒドロゲル系の電池が水溶液系より優れていることを見出した。
2)P/Si比の異なるリン酸でドープしたシリカゲルを電解質とするニッケル-水素電池の充放電サイクル特性はP/Si=1.0のときに最も優れていた。また、サイクル数の増加とともに電極材料の腐食やドライアウトが進行するために電極/電解質界面の抵抗が著しく増大することを見出した。
3)吸水性、保水性、ゲル化力に優れた三次元架橋型高分子を用いて高分子ヒドロゲル電解質を調製し、その電気化学特性を評価した。特に、高分子ヒドロゲル電解質による電池の集電材料に対するクリープ(ぬれの拡大)は、水溶液電解質に比べ著しく抑制されることがわかった。密閉型電池において内圧上昇の抑制や電解質組成の維持のために必要条件となる電解質中の酸素の迅速な透過も高分子ヒドロゲル電解質は水溶液電解質と同等で優れていた。
4)高分子ヒドロゲル電解質を用いて構築した電気二重層キャパシタが、KOH水溶液を電解質としたものに比べてより大きな容量と良好な充放電サイクル特性を示すことを見出した。さらに、高分子ヒドロゲル電解質を用いることにより、自己放電特性が大きく改善されることも明らかにした。
5)金属水素化物電池の固体電解質として種々の無機系含水酸化物を検討したところ、ヘテロポリ酸(12モリブド(VI)リン酸水和物)を用いた電池(負極:Zr系合金,正極:MnO_2)は、30℃のもと、充電容量1mAhg^<-1>で200サイクル以上、また5mAhg^<-1>で120サイクル以上にわたって100%に近い効率で充放電可能であることを見出した。
6)電池およびキャパシタ用のポリマーベースゲル電解質を調製し、その基礎物性を明らかにした。ポリマー組成の最適化により,水を含まない系でもキャパシタデバイスへ適用可能な高いプロトン伝導度が得られることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] C.Iwakura: "A Co-Free AB_5-Type Hydrogen Storage Alloy for Nicke-Metal Hydride Batteries : LmNi_<4.0>Al_<0.3>Si_<0.1>Fe_<0.6>"J. Electrochem. Soc.. 149・4. A462-A465 (2002)
• [文献書誌] C.Iwakura: "The Possible Use of Polymer Gel Electrolytes in Nickel-Metal Hydride Battery"Solid State Ionics. 148・3-4. 487-492 (2002)
• [文献書誌] C.Iwakura: "Preparation and Characterization of Mg_<0.9>Ti_<0.06>V_<0.04>Ni-Carbon Material Composites for Electrochemical Use"Solid State Ionics. 148・3-4. 499-502 (2002)
• [文献書誌] C.Iwakura: "Effects of Carbon Crystallinity on Hydriding-Dehydriding and Charge-Discharge Characteristics of MgNi Alloy-Carbon Material Composites"Mater. Trans.. 43・11. 2706-2710 (2002)
• [文献書誌] C.Iwakura: "New Electric Double Layer Capacitor with Polymer Hydrogel Electrolyte"Electrochem. Solid-State Lett.. (in press).
• [文献書誌] S.Nohara: "Electrochemical Characterization of New Electric Double Layer Capacitor with Polymer Hydrogel Electrolyte"Electrochim. Acta. (in press).
• [文献書誌] C.Iwakura: "All Solid State Nicke/Hydride Battery with a Proton-Conductive Phosphoric Acid-Doped Silica Gel Electrolyte"Electrochim. Acta. (in press).
• [文献書誌] H.Honda: "Neutron Diffraction Study on Local Structure of Lithium Storage Intermetallic Compound"Electrochemistry. 70・2. 99-103 (2002)
• [文献書誌] H.Sakaguchi: "Hydrogenation Characteristics of the Proton Conducting Oxide-Hydrogen Storage Alloy Composite"Mater. Res. Bull.. 37. 1547-1556 (2002)
• [文献書誌] H.Honda: "Anode Behaviors of Aluminum Antimony Synthesized by Mechanical Alloying for Lithium Secondary Battery"Mater. Res. Bull.. (in press).
• [文献書誌] H.Sakaguchi: "Analysis of Hydrogen Distribution in Hydrogen Storage Alloy Using Neutron Radiography"J. Alloys Comp.. (in press).
• [文献書誌] H.Sakaguchi: "Ce-Sn Inermetallic Compounds as New Anode Materials for Rechargeable Lithium Batteries"J. Power Sources. (in press).
• [文献書誌] J.L.Qiao: "Acetic Acid-Doped Poly(ethylene oxide)-Modified Poly(methacrylate) : A New Proton Conducting Polymeric Gel Electrolyte"Electrochim. Acta. 47・21. 3447-3456 (2002)
• [文献書誌] M.Morita: "Polymeric Gel Electrolytes Using a Network Matrix with Carbonyl Groups for Rechargeable Lithium Batteries"Solid State Ionics. 152-153. 161-167 (2002)
• [文献書誌] N.Yoshimoto: "Ionic Conductance Behavior of Polymeric Electrolytes Containing Magnesium Salts and Their Application to Rechargeable Batteries"Solid State Ionics. 152-153. 259-266 (2002)
• [文献書誌] J.L.Qiao: "Proton Conductance and Spectroscopic Characteristics of Acid-doped Polymer Gels Based on Poly(ethylene oxide)-modified Polymethacrylate"Solid State Ionics. 156. 415-424 (2002)