講義ノート@山形大学アメニティ研 https://a.yamagata-u.ac.jp/amenity/Syllabus/LectureIndex.aspx 2017-08-17 講義ノート@山形大学アメニティ研 集電体としての金属材料 https://a.yamagata-u.ac.jphttps://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/developer/Asp/Youzan/@Lecture.asp?nLectureID=4579 2017-08-12 ⇒#19@物理量;と⇒#92@物理量;が小さい材料を使います。 ⇒25@材料; ⇒173@材料; ⇒96@材料; ⇒#2603@講義; 正極集電体アルミニウムの表面には酸化皮膜が存在している。そこに固体である炭素材料が導電助剤として点接触する。プレス工程などで物理的に圧着することで、接触店を増やし、接触抵抗を下げることができう。正極集電体に活物質が接触していると、活物質の表面電荷による誘電作用で接触抵抗が大きくなる。正極集電体に予め炭素材料をアンダーコートして活物質の直接接触を避ける方法がある。その場合、マンガン酸リチウムのように表面誘電率の高い活物質ほど接触抵抗低減の効果が大きい。反面予めアンダーコートの工程が増えることでコスト増のリスクもある。同様の理由で、表面官能基の多い炭素材料は、その表面電荷による誘電作用で接触抵抗が大きくなる。従って表面官能基の少ない炭素材料を使うのが好ましい。 化学工学とリチウム電池~分散・スラリーの作成と塗布乾燥~ https://a.yamagata-u.ac.jphttps://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/developer/Asp/Youzan/@Lecture.asp?nLectureID=4045 2017-08-12 電極材料は固体の粉体だ。これを集電体に固着するのにいったんスラリーとして塗布乾燥する。このとき活物質への電子導電経路と電解液が染み込む多孔質形状を同時に作りこむ必要がある。 合材スラリーは、⇒3550@材料;、⇒3549@材料;、⇒3580@材料;混ぜて、集電体に塗布、乾燥して電極とする。 ⇒3582@材料;は、⇒3551@材料;、⇒3549@材料;、⇒3580@材料;を⇒3554@材料;に塗布乾燥して正極とする。 ⇒3549@材料;の必要量は、⇒#3550@材料;の⇒#191@物理量;に比例します。どこがどう接触しているかどうかを無視すれば、⇒3549@材料;の⇒#191@物理量;は、⇒#3550@材料;の⇒#191@物理量;に比例すると言ってもいいでしょう。 粒子一粒の体積は⇒#239@物理量;の3乗に比例し、表面積は⇒#239@物理量;の2乗に比例するので、活物質の⇒#239@物理量;に対する⇒3549@材料;の⇒#239@物理量;比nが小さいほど、導電助剤の総体積は少なくてすみ、活物質の総体積と導電助剤の総体積のnとなります。例えば、3.5ミクロンの 合材スラリーの乾燥 https://a.yamagata-u.ac.jphttps://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/developer/Asp/Youzan/@Lecture.asp?nLectureID=3333 2017-08-12 炭素材料、バインダー、分散媒を配合して合材スラリーとし、その合材スラリーをホットプレート上で乾燥しながらインピーダンス測定を行うと炭素導電ネットワーク形成までのプロセスが、炭素材料やバインダーの種類によって異なることがわかります。 乾燥 乾燥方式 熱風 赤外線 乾燥温度 架橋温度 乾燥時間 連続 乾燥雰囲気 空気 バインダー樹脂の析出 乾燥状態の評価 インピーダンス・・・粒子の凝集の様子がわかる XRD・・・樹脂の析出の様子がわかる 顕微鏡・・・変化に乏しい 粘性 レオロジー スラリー→キャピラリー→ファニキュラー→ペンジュラー アグリゲート アグロメレート フロキュレート 【物理量】粘度⇒#24@物理量;剪断応力⇒#247@物理量;速さ⇒#14@物理量; 【関連講義】 電極スラリーの調整と塗布・乾燥と電極動作の理解⇒#3311@講義; 電極スラリー調整と塗布・乾燥・プレスと電池の高速充放電化⇒#2597@講義; コンポジット電極⇒#824@講義; エネルギー変換化学特論,化学工学とリチウム電池~分散・スラリーの作成 活物質と導電助剤の配合比 https://a.yamagata-u.ac.jphttps://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/developer/Asp/Youzan/@Lecture.asp?nLectureID=4573 2017-08-12 導電助剤(⇒3549@材料;)は、⇒3553@材料;と活物質を電子的につなぐ役割を果たす。したがって集電体と導電助剤の接続、集電体から活物質までの電子導電経路の形成、活物質と導電助剤の接続のみっつについて考察する。 正極活物質は酸化剤である。正極活物質を極論すれば酸素を金属カチオンでピン止めしたようなものである。当然イオン結合である。電子は流したとしても微々たるものだ。活物質が反応するには、活物質の表面が電解液に接して反応サイトが形成されるとともに、そこへの電子の供給路を持たねばならない。電子の供給路の機能を担うのが導電材だ。導電材としては炭素材料が使われる。反応サイトは、活物質の表面に接触した導電材料の稜線だ。コンタクトラインとも呼ばれる。コンタクトラインが十分な長さを持てば、導電材料の量は少なくてよい。活物質表面に導電材料が海島構造を持ちコンタクトラインが複雑にうねっていれば、コンタクトラインの長さは大きくなる。正極スラリーの分散・塗布・乾燥による自己組織化が期待される理由がここにある。コンタクトラインの長短による違いはあれど、おおむね活物質の表面積に応じた導電材料が必要だ。 アルミニウム集電体 https://a.yamagata-u.ac.jphttps://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/developer/Asp/Youzan/@Lecture.asp?nLectureID=2603 2017-08-12 リチウムイオン二次電池の正極集電体にはアルミニウムが使われる。抵抗率が2.655E-08 Ωmと小さく、密度も 2698kg/m3と小さいため電池の軽量化が見込める。しかも加工性に優れ、コストも経済的に見合ったものとなる。さらにフッ素を含む有機電解液中で充電時にアノード分極されてもフッ化皮膜を生成して不働態化し、耐食性を保つ⇒#14262@業績;。加えてこの不働態化皮膜は電子絶縁性なので電解液を分極による分解から保護する。 抵抗率⇒#92@物理量;⇒#19@物理量; ⇒#4579@講義; 【材料】正極集電体⇒#3554@材料; 【卒業研究】 かわだは、2012年に、それまでの研究をアルミニウム集電体の皮膜形成に対するプライマー塗布の効果(仮)というテーマで修士論文としてまとめ、山形大学を卒業した⇒#467@卒論;。 【学会発表】 ○及川俊他,…らは、2011年に東北大学川内北キャンパス(宮城県仙台市青葉区川内27-1) で開催された平成23年度 化学系学協会東北大会において過渡電流観察によるリチウム電池炭素導電助材と集電体の微小剥離の解析に 無駄なく電気を運ぶ導電材料-銅とアルミ- https://a.yamagata-u.ac.jphttps://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/developer/Asp/Youzan/@Lecture.asp?nLectureID=4549 2017-08-12 ⇒#93@物理量; ⇒4218@講義; ⇒25@材料; ⇒173@材料; 負極活物質としての金属材料 https://a.yamagata-u.ac.jphttps://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/developer/Asp/Youzan/@Lecture.asp?nLectureID=4578 2017-08-12 ⇒32@材料; ⇒135@材料;はニカド電池に使われましたが、環境負荷が大きいので現在はほとんど使われていません。 ⇒#1587@講義; ニッケルカドミウム電池 https://a.yamagata-u.ac.jphttps://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/developer/Asp/Youzan/@Lecture.asp?nLectureID=1587 2017-08-12 起電力は約1.2Vで乾電池よりやや低め。L字曲線を描きます。 ニッケルカドミウム電池 正極: 水酸化ニッケル(Ⅲ)⇒#269@化学種; オキシ水酸化ニッケル⇒#738@化学種; 負極:カドミウム 電解液:水酸化カリウム⇒#539@化学種; 水素化カリウム⇒#1413@化学種; 金平糖しきの焼結ニッケル基板 水素気流中で焼結。フォーミングガス(水素+窒素) 水酸化カドミウムを10回ぐらいつけおき。 ↓すごい技術発展 発泡メタル基板で水酸化カドミウムの粉末をペーストにして塗りこむ。 ただし、焼結式はー40℃までOK。航空機へ応用。 カドミウム⇒#109@化学種;を使用しているため環境に対する負荷を配慮してニッケル水素電池に置き換わりつつあります。 【関連講義】仁科先生の工場見学ルポ,古河電池株式会社いわき事業所-その2⇒#420@講義; 【関連書籍】ニッケル・カドミウム電池⇒#988@レビュー; ニッケル・カドミウム蓄電池⇒#27@製品; 金属材料~負極活物質と集電体の働き~ https://a.yamagata-u.ac.jphttps://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/developer/Asp/Youzan/@Lecture.asp?nLectureID=4116 2017-08-12 金属結合と電子伝導。 亜鉛、カドミウム、鉛、水銀 亜鉛⇒#7@化学種; 【物理量】過電圧⇒#300@物理量; 合材スラリーは、⇒#3551@材料;、⇒3549@材料;、⇒3580@材料;混ぜて、集電体に塗布、乾燥して電極とする。 ⇒3582@材料;は、⇒3551@材料;、⇒3549@材料;、⇒3580@材料;を⇒3554@材料;に塗布乾燥して正極とする。 ⇒3583@材料;は、⇒3552@材料;、⇒3549@材料;、⇒3580@材料;を⇒3555@材料;に塗布乾燥して負極とする。 非鉄金属の代表、銅とアルミニウム 亜鉛めっきと電池の負極活物質 リチウムイオン二次電池の正極集電体とアルミニウムの不働態化 アノード酸化皮膜の欠陥と接触抵抗 リチウムイオン二次電池の負極集電体と銅の合金化 pn接合 トランジスタ 【材料】 無機材料⇒#3046@材料; 【物理量】 アノダイジングレシオ⇒#72@物理量; 【プロット】 電位掃引速度-電流密度⇒#68@プロット; 【関連講義】 卒業研究(C1-電気化学2004~ 山形大学のネットワーク環境 https://a.yamagata-u.ac.jphttps://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/developer/Asp/Youzan/@Lecture.asp?nLectureID=4577 2017-08-12 合剤の分散とスラリーの作成 https://a.yamagata-u.ac.jphttps://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/developer/Asp/Youzan/@Lecture.asp?nLectureID=4576 2017-08-11 乾電池やリチウム電池のように正極活物質の導電率が小さい場合は、ってたいていの正極活物質は酸化物だからイオン結合なので、導電率が大きい方が珍しいわけだけど、とにかく炭素材料を導電助剤としてまぜまぜして正極合剤を作ります。 このまぜまぜが分散ですが、凝集した二次粒子を解砕して、その解砕した一次粒子が再凝集しないように表面に衣をつけて、少しずつ分散媒を加えて、固練りして、みみたぶの硬さぐらいになったら徐々に分散媒で伸ばして、とろとろになるまで撹拌して、分散質と分散媒がなじむまで三七21日のあいだ煮詰めてってガマの油じゃないんだから、いやいやほんとガマの油を作るようなもんです。ほんまに。 ⇒3550@材料; ⇒11310@シラバス; ケイ素と半導体 https://a.yamagata-u.ac.jphttps://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/developer/Asp/Youzan/@Lecture.asp?nLectureID=4575 2017-08-11 ケイ素やゲルマニウムは半導体なのか? 金属結合か、共有結合なのか、このあたりから大学の化学らしくなってくるところである。 あんなにぴかぴか光っていても、あれは金属の自由電子によるものではなく、屈折率が高いからなのである。 物性なんでもQ&A ちょっぴり自由電子があるけど、基本的に共有結合なのである。 共有結合の代表といえば、ダイヤモンド、SiC,GaNなどである。 これらはイオン性化合物ではないけど、セラミックス材料に入れてもいいんんじゃなかろうか? ジェネリック医薬品とバイオシミラー https://a.yamagata-u.ac.jphttps://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/developer/Asp/Youzan/@Lecture.asp?nLectureID=4574 2017-08-11 研究テーマのテーブル https://a.yamagata-u.ac.jphttps://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/developer/Asp/Youzan/@Lecture.asp?nLectureID=3009 2017-08-06 卒業論文、修士論文、博士論文の題目と概要です。卒業研究という教育科目としての性質と研究室の研究としての性質の両方を持ち、大学における教育と研究の橋渡しとしての役割を持ちます。 管理者、卒業生、指導教員などのフィールドを持ちます。 【関連講義】サイバーキャンパス「鷹山」,研究テーマ(題目)⇒#3010@講義; 鷹山のテーブル https://a.yamagata-u.ac.jphttps://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/developer/Asp/Youzan/@Lecture.asp?nLectureID=588 2017-08-06 鷹山のデータベースにはいくつかのテーブルがあります。 コードからアクセスするには鷹山オブジェクト⇒#2704@講義;を使います。