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R-6
2019

亜鉛空気電池ハーフセルの負極反応TEM観察




課題
次世代蓄電池への応用が期待される亜鉛空気電池は、亜鉛負極からの樹枝状結晶成長による短絡や電気容量の著しい低下現象など、充放電に伴う性能劣化が実用化への妨げとなっている。

解決手段
液中電気化学ホルダーと環境電子顕微鏡を用い、亜鉛負極ハーフセルを顕微鏡内に再現することで、充放電時に亜鉛電極界面で起きる反応を可視化した。

成果・新規性
亜鉛負極から樹枝状結晶が成長する現象を電子顕微鏡で確認した。
充電により析出した亜鉛が放電により電極から脱離し、反応に寄与出来なくなることで電気容量が低下することを明らかにした。
充放電を繰り返すことで析出亜鉛内部に酸化亜鉛を閉じ込めた構造が生成する可能性を示唆する結果を得た。


実験方法: 環境電子顕微鏡、液中電気化学ホルダー(充放電条件:-0.1〜-2.0V、5mV/s)

亜鉛空気電池ハーフセルのTEM像
充放電を繰り返すことで、電極表面に析出した
亜鉛粒子内部のコントラストが変化している。
黄色矢印で示した亜鉛片が充放電に伴い白金電極
から脱離し、反応に寄与できなくなった(失活)
電池反応実験系の模式図



期待される市場・応用
・各種電池の電解液中反応挙動の解析
・腐食やメッキ等の固液反応のその場観察
・コロイド溶液等の液中試料状態の解析
反応メカニズムの解明

謝辞 本研究は、NEDO「革新型蓄電池実用化促進基盤技術開発(RISING2)」で実施したものである。


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