高圧力二次電池に関する基礎研究

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25420809
• 研究機関: 兵庫県立大学
• 研究代表者: 前田 光治 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (00264838)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: Battery / High pressure / Crystallization / Electrolyte solution / Lead-acid battery / Nickel-hydrogen battery / Litium-ion battery

研究実績の概要

各種二次電池の革新的な性能向上が期待できる高圧力状態での各種電池性能に関する基礎研究を進めた．
鉛蓄電池に関しては，100MPa程度までの静水圧の高圧力を達成できる実験装置を製作し，高圧力下で充放電させた．その時の初期化成，充放電速度，耐久性などすべての二次電池の性能において高圧力が非常に有効であることを見出した．その理由は，高圧力による系のエントロピー低減で，電極の活物質の緻密化や微細化，再結晶化などが良くなるためであった．そして，晶析操作に対応させて，電極上の活物質の核発生と成長速度もモデルで，高圧力による充放電速度を再現できるようにした．
次に，ニッケル水素電池に関しては，10MPa程度までの各種高圧力ガス下で市販電池を充放電させて，3MPa程度でも高速充放電の性能が３倍程度まで向上することを明らかにした．さらに，実用的に高圧力ガスを利用するため，各種高圧力ガス中での保管，各種高圧力ガスによる再生の研究を進め，ニッケル水素電池の電極活物質は，高圧力窒素ガスで維持することにより，溶媒媒介転移で結晶形が大きく変化し，二次電池性能が向上することを明らかにした．
最後に，リチウムイオン電池に関しては，10MPa程度までの高圧力窒素ガス下で市販電池を保管し，高速充放電のサイクル寿命に対する高圧力窒素ガスの影響について研究した．高圧力であるほど，保管時間が長いほど，リチウムイオン電池の高速充放電性能が向上することを明らかにした．

研究成果

• [雑誌論文] 高圧力下での無電解ニッケル?リンめっき (2018)
  • 著者名/発表者名: Nobuyoshi Yuta、Yamamoto Takuji、Maeda Kouji、Fukumuro Naoki、Yae Shinji
  • 雑誌名: Kagaku Kogaku Ronbunshu 巻: 44 ページ: 35～38
  • DOI: https://doi.org/10.1252/kakoronbunshu.44.35
  • 査読あり
• [雑誌論文] ツノケイソウ液の凍結濃縮操作 (2018)
  • 著者名/発表者名: Maeda Kouji、Itoh Kazuhiro、Kashino Yasuhiro、Ifuku Kentaro、Arafune Koji、Yamamoto Takuji
  • 雑誌名: Kagaku Kogaku Ronbunshu 巻: 44 ページ: 18～22
  • DOI: https://doi.org/10.1252/kakoronbunshu.44.18
  • 査読あり
• [雑誌論文] Use of ethanol with triolein for fatty acid ethyl ester as biodiesel fuel in a Novozym ? 435 fixed-bed reactor (2018)
  • 著者名/発表者名: Endo Yusuke、Hatanaka Takuya、Maeda Kouji、Arafune Koji、Yamamoto Takuji、Itoh Kazuhiro、Kuramochi Hidetoshi、Kashino Yasuhiro、Ifuku Kentaro
  • 雑誌名: Biomass and Bioenergy 巻: 108 ページ: 433～438
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2017.11.023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transesterification of Triolein and Methanol by Novozym 435 with Dimethyl Ether (2017)
  • 著者名/発表者名: Maeda Kouji、Kuramochi Hidetoshi、Arafune Koji、Itoh Kazuhiro、Yamamoto Takuji
  • 雑誌名: J. Chem. Eng. Japan 巻: 50 ページ: 924～928
  • DOI: https://doi.org/10.1252/jcej.17we123
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular dynamics study on phase equilibrium around vapor bubbles in low-density liquid argon (2017)
  • 著者名/発表者名: Itoh Kazuhiro、Kisa Yuto、Yamamoto Takuji、Maeda Kouji
  • 雑誌名: J. Mol. Liq. 巻: 230 ページ: 322～328
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.molliq.2016.12.118
  • 査読あり
• [雑誌論文] Melt crystallization of binary mixture of fatty acids as model biofuel (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Takuji、Fujikawa Takuto、Okamoto Nobuyoshi、Itoh Kazuhiro、Maeda Kouji、Fukui Keisuke、Kuramochi Hidetoshi
  • 雑誌名: Crystal Res. and Technol. 巻: 52 ページ: 1600316～1600316
  • DOI: https://doi.org/10.1002/crat.201600316
  • 査読あり
• [学会発表] ニッケル水素電池の寿命に対する高圧力の影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 前田光治,下津佐俊也,籠田尚志,新船幸二,伊藤和宏,山本拓司,倉持秀敏
  • 学会等名: 分離技術会年会2017,S5-1
• [学会発表] 飽和脂肪酸２成分系の共晶晶析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 籠田尚志,前田光治,新船幸二,伊藤和宏,山本拓司
  • 学会等名: 分離技術会年会2017,S5-P5
• [学会発表] Concentration of Chaetoceros Gracilis Cells by Melt Crystallization of Ice (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Maeda, K. Itoh, Y. Kashino, K. Ifuku, K. Arafune, T. Yamamoto
  • 学会等名: The 11th International Conference on Separation Science and Technology, CO-01
  • 国際学会
• [学会発表] Prolonged Life of Nickel-Hydrogen Battery by High Pressure at fast charge-discharge cycle (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Kagota, K. Maeda1, K. Arafune, K. Itoh, H. Kuramochi, S. Yae, N. Fukumuro, T. Yamamoto
  • 学会等名: The 11th International Conference on Separation Science and Technology, CP-01
  • 国際学会
• [学会発表] ツノケイソウ液の氷凍結による濃縮操作 (2017)
  • 著者名/発表者名: 前田光治,三木椋太,伊藤和宏,新船幸二,山本拓司,菓子野康浩,伊福健太郎
  • 学会等名: 化学工学会 第49回秋季大会, EC301
• [学会発表] 分子動力学による相互貧溶媒晶析の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 前田光治,市川遥雄,新船幸二,伊藤和宏,山本拓司
  • 学会等名: 化学工学会 第83年会, N321
• [学会発表] 吸着剤によるリン酸の吸着晶析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 城下隼人,前田光治,新船幸二,伊藤和宏,山本 拓司,伊豆川作
  • 学会等名: 化学工学会 金沢大会2017, D104
• [学会発表] 高圧力下での無電解ニッケル-リンめっきにおける水素の分配 (2017)
  • 著者名/発表者名: 横濱大空,吉田悠一郎,福室直樹,八重真治,伊藤和宏,前田光治,山本 拓司
  • 学会等名: 化学工学会 金沢大会2017, D105