鉛基合金/一酸化鉛/二酸化鉛固体電池の起電力発現に及ぼす合金元素の作用

合金元素对铅基合金/一氧化铅/二氧化铅固态电池电动势发展的影响

• 批准号: 05805057
• 负责人: 田口 正美
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Akita University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-05805057/
• 关键词: 二次電池; 固体電池; 起電力; PbO; 固体電解質; PbO_2; Pb基合金; イオン輸率

PbOを電解質とした新型固体電池の可能性を探るため、熱処理法あるいは電解法によりPb-Me系合金(Me:Ag、Sn、BiおよびSb)上に固体電解質PbOを生成させた固体電池を構成し、起電力発現に及ぼす合金元素の影響を調査した。得られた結果は以下のように要約できる。1.正極活物質であるPbO_2とPb基合金を圧着し熱処理を施した電池の起電力は、最高でも数mV程度しかなく、実用電池としてはきわめて不充分であった。これに対し、電解によってPbO_2をPb基合金上に生成させて熱処理をした電池の起電力は、圧着法に比較して高い値を示した。特に、純Pbを負極材料とした電池を熱処理し、333Kに保持した際の起電力は670mVに達した。この電極では、電解生成物PbO_2と素地金属Pbとの界面に固体電解質PbO層が存在し、引き続く熱処理によってこの層が成長することが、交流インピーダンス法ならびにX線光電子分光法によって確認できた。ところが、Pb基合金中のAgおよびSnについては、固体電解質PbOの生成を阻害する傾向が認められ、電池起電力はこれらを合金化することで急激に低下した。2.電解法によって作製したPb-Bi系合金およびPb-Sb系合金電池の起電力は、Pb-Ag系合金およびPb-Sn系合金電池のそれよりも数オーダー高い値を示した。例えば、0.0023mass%Sb-Pb合金電池は、熱処理前室温の状態で既に150mVの起電力を示し、実用電池としての利用が期待できた。この現象は、固体電解質PbO中にPb^<2+>イオンとは原子価の異なるBi^<3+>イオンあるいはSb^<3+>イオンがドーピングされたために起こるものであり、O^<2->イオン空孔の増大に伴うイオン輸率の上昇と解釈できる。従って、起電力発現には、単に固体電解質PbOを生成させるだけではなく、そのイオン輸率を上昇させることがきわめて重要である。

PbO as electrolyte and the possibility of new solid state battery were investigated. The heat treatment method and electrolysis method were used to produce PbO as solid electrolyte on Pb-Me alloy (Me:Ag, Sn, Bi, Sb). The composition, generation of power and the influence of alloying elements were investigated. The result is the following: 1. The electrode active substance PbO_2 and Pb-based alloy are applied to the battery at a high voltage of a few mV, and the battery is not sufficient. For example, PbO_2-based alloys are produced by electrolysis and heat treatment, and the starting power of batteries is relatively high. In particular, pure Pb electrode materials can be used for battery heat treatment, and the initial power can reach 670mV when maintained at 333K. The existence of solid electrolyte PbO layer at the interface between PbO_2 and Pb in this electrode was confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy. Ag and Sn in Pb-based alloys tend to inhibit the formation of solid electrolyte PbO, and battery electrification tends to decrease rapidly. 2. Electrolytic method for the preparation of Pb-Bi-based alloy batteries and Pb-Sb-based alloy batteries, Pb-Ag-based alloy batteries and Pb-Sn-based alloy batteries For example, 0.0023mass%Sb-Pb alloy battery has a starting power of 150mV at room temperature before heat treatment, and it is expected to be used in the battery. The phenomenon is that Pb^&lt;2+&gt; and Sb^&lt;3+&gt; atoms in solid electrolyte PbO are different, and the increase of O^&lt;3+&gt; voids is accompanied by <2->the increase of the transport rate. In addition, the production of solid electrolyte PbO is important for the generation of electric power.