電池の研究と評価

Autolab装置で電池、2次電池の研究と評価

LEAD ACID、NICKEL CADMIUM、ZINC CARBON

1799年、初めて電池は誕生しました。

Autographic sketch by Alessandro Volta of the application of the electric pile to the electrolysis of water

現在、電池は生活に不可欠になります。

電池の種類

鉛-鉛酸化物	ニッケル-カドミウム
亜鉛-マンガン	3種類の電池の特徴と用途 LEAD ACID: 自動車、予備電気供給、工業、牽引用等 NICKEL CADMIUM: 予備電気供給、工業、飛行機エンジン起動、鉄道照明等 ZINC CARBON: 小さいポータブル電源 (例：トーチ、ラジオ、おもちゃ・・・)

電池特性の評価

電圧と電流(VOLTAGE&CURRENT)

容量（CAPACITY）

容量は電池から得られる電荷量です。通常は電流（A)/時間（ｈ）で表示します。容量は電池のサイズに依存します。
毎電極の容量はファラデー法則に従って、
C = wnF / M
w= weight of active material
M= molar mass of active material

The flatness of the discharge curve (V vs t) and the development of the expected current are very important for the quality of batteries

電気貯蔵密度（ELECTRICITY STORAGE DENSITY）
エネルキーとパーワ密度(NERGY DENSITY&POWER DENSITY）

ELECTRICITY STORAGE DENSITY : Charge per unit weight stored in the battery.
Es: one lithium battery of only 7g gives 1F of charge
ENERGY DENSITY: energy per unit weight of battery
POWER DENSITY: power per unit weight of battery

放電レートとサイクル寿命（DISCHARGE RATE& CYCLE LIFE）

The DISCHARGE RATE is measured in C/n or C/n-hour, is the current to discharge the nominal capacity of the Battery in “n” hours. For secondary battery it is expected to be capable of repetitive charge/discharge cycles.
The CYCLE LIFE is the number of charge/discharge cycles that are possible before failure occurs

エネルキー効率（ENERGY EFFICIENCY)

過充電時の特性（BEHAVIOUR ON OVERCHARGE）

But for overpotential a new electrode reaction must occur (e.g. electrolysis of water) and it is important that these reactions do not represent a hazard (like fire or explosion) or damage of active material

電池特性の評価

定電流の放電と充電
直接の電池容量とサイクル寿命の測定

定電圧の放電と充電
最大パーワ出力、定電位充放電時の容量の測定

放電中の固定抵抗
電圧と電流ｖｓ.時間プロット

サイクル寿命パフォーマンス

電極/セパレーター反応

メカニズム研究

反応速度研究

新材料特性の評価

衝撃、振動、過充電、ショット、火災、過圧など周り環境の影響

電池評価のテクニック

DC テクニック:
CV 電位スキャン
CV 電流スキャン
第2信号をモニタリングより、電池の温度と内部圧力の制御。温度と圧力が高すぎる時の打ち切り、特に、オーバーチャージ問題に役にたつ。
クロノポテンションメトリー
ステップ電流のアプリケーション
電流=0時のクロノポテンション
自然放電のモニター
クロノアンペロメトリー
各電位のアプリケーションとテスト
クロノクーロメトリー
チャージvs. 時間の制御
AC テクニック: FRA ソフトウェーア
周波数スキャン
電位(Ｖ)制御のポテンション方法
電流（Ｉ）制御のカレント方法
印加直流電位或いは電流のステップ変化中の周波数スキャン
タイムスキャンの設定
ミックステクニック
例：連続測定、Projectファイルを利用し、クロノポテンションメトリーでマルチ充電後、自動にインピーダンス測定:
1. クロノポテンションメトリーマルチ定電流充放電(或いは自然放電）
2. 最後の充電- 自然放電後にセルオフ
3. インピーダンス測定
4. 繰り返し測定