2001 Fiscal Year Annual Research Report

化学電池材料のマイクロインピーダンス解析とそのモデル化

Research Project

Project/Area Number	13750755
Research Category	Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	MOHAMEDI Mohamed 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (60332516)
Keywords	化学電池材料 / 電気化学インピーダンス / マイクロ電極 / 水酸化ニッケル / ミッシュメタル合金 / 等価回路 / メソカーボン / 単一粒子
Research Abstract	プロトンやリチウム固溶機能を有する電池活物質の速度論的特性は,電池の充放電特性を考察する上で重要である。当該研究課題においては,電気化学的な固溶過程をマイクロ電極によるインピーダンス測定を行い,その結果を反映したモデル化に基づき解析することを目的とする。測定対象とする電池活物質粒子(粒径7〜34μm)にマイクロ電極を接触させ,サイクリックボルタモグラム測定した後,電位規制下において電気化学インピーダンス(EIS)測定を試みた。本年度は,水酸化ニッケル系,ミッシュメタル合金系の水素吸蔵合金と,Li脱挿入カーボン粒子に焦点を絞る。球形水酸化ニッケルおよびミッシュメタル合金について研究した結果,酸化還元,酸素発生および充放電容量の測定が可能であった。水素原子の吸脱着挙動を速度論的に検討した結果,水素吸脱着のEISは,理論予測されたそれと非常に似通った形状を呈した。等価回路は,(1)電荷移動反応,(2)水素の吸着-吸収転移,(3)低周波で観測されるメタルハイドライドの水素の内部スペースへの拡散を考慮した。固層における水素の拡散係数を求めた。一方,メソカーボン微小粒子(MCMB)に対するリチウムイオンの脱挿入挙動を,電気化学インピーダンス測定により研究した。測定データは,(1)表面皮膜層(SEI)中のリチウムイオン伝導、(2)粒子/SEI,SEI/電解液界面の電荷移動,(3)固相内リチウム拡散に基づくワールブルグ要素,(4)充電に対応するインターカレーション容量過程より成る等価回路で解析を行った。この結果、固相内のリチウムイオン伝導は,電位に依存しないことが分かった。以上のように,EIS測定を通して研究することで,電池活物質の充放電特性をダイレクトに研究できた。

Research Products

(5 results)

All Other

All Publications (5 results)

[Publications] M.Umeda, K.Dokko, Y.Fujita, M.Mohamedi, I.Uchida, J.R.Selman: "Electrochemical Impedance Study of Li-Ion Insertion into Mesocarbon Microbead Single Particle Electrode. Part I. Graphitized Carbon"Electrochim. Acta. 47. 885-890 (2001)
[Publications] K.Dokko, Y.Fujita, M.Mohamedi, M.Umeda, I.Uchida, J.R.Selman: "Electrochemical Impedance Study of Li-Ion Insertion into Mesocarbon Microbead Single Particle Electrode. Part II. Disordered Carbon"Electrochim. Acta. 47. 933-938 (2001)
[Publications] M.Mohamedi, D.Takahashi, M.Umeda, I.Uchida: "ESD Fabricated Thin Films of Spinel LiMn_2O_4 for Lithium Microbatteries. I. Effects of Thickness"Journal of Electrochemical Society. 149. A19-A25 (2002)
[Publications] Ho-Sung KIM, T.Itoh, M.Nishizawa, M.Mohamedi, M.Umeda, I.Uchida: "Microvoltammetric Study of Electrochemical Properties of a Single Spherical Nickel Hydroxide Particle"International Journal for Hydrogen Energy. 27. 295-300 (2002)
[Publications] M.Mohamedi, T.Sato, T.Itoh, M.Umeda, I.Uchida: "Cyclic voltammetry and ac-impedance of MmNi_<3.55>Co_<0.75>Mn_<0.4>Al_<0.3> alloy single particle electrode for rechargeable Ni/MH battery"Journal of Electrochemical Society. 149(Accepted for publication). (2002)

2001 Fiscal Year Annual Research Report

化学電池材料のマイクロインピーダンス解析とそのモデル化

Principal Investigator

MOHAMEDI Mohamed 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (60332516)

Research Products

[Publications] M.Umeda, K.Dokko, Y.Fujita, M.Mohamedi, I.Uchida, J.R.Selman: "Electrochemical Impedance Study of Li-Ion Insertion into Mesocarbon Microbead Single Particle Electrode. Part I. Graphitized Carbon"Electrochim. Acta. 47. 885-890 (2001)

[Publications] K.Dokko, Y.Fujita, M.Mohamedi, M.Umeda, I.Uchida, J.R.Selman: "Electrochemical Impedance Study of Li-Ion Insertion into Mesocarbon Microbead Single Particle Electrode. Part II. Disordered Carbon"Electrochim. Acta. 47. 933-938 (2001)

[Publications] M.Mohamedi, D.Takahashi, M.Umeda, I.Uchida: "ESD Fabricated Thin Films of Spinel LiMn_2O_4 for Lithium Microbatteries. I. Effects of Thickness"Journal of Electrochemical Society. 149. A19-A25 (2002)

[Publications] Ho-Sung KIM, T.Itoh, M.Nishizawa, M.Mohamedi, M.Umeda, I.Uchida: "Microvoltammetric Study of Electrochemical Properties of a Single Spherical Nickel Hydroxide Particle"International Journal for Hydrogen Energy. 27. 295-300 (2002)

[Publications] M.Mohamedi, T.Sato, T.Itoh, M.Umeda, I.Uchida: "Cyclic voltammetry and ac-impedance of MmNi_<3.55>Co_<0.75>Mn_<0.4>Al_<0.3> alloy single particle electrode for rechargeable Ni/MH battery"Journal of Electrochemical Society. 149(Accepted for publication). (2002)