🏠
🌡️ 📆 令和6年5月29日

導電率

101 電位プロファイル
制御と結果
イオン濃度:
粘性:
電池電圧: 1V
電極間距離: 1cm
電極面積:
電界 0〔V/m〕
導電率 0S/m
電流密度 0〔A/m2〕
電流 0〔A〕
内部抵抗 0〔Ω〕

電位プロファイルと導電率

  1 101
電位プロファイルと導電率
©K.Tachibana

導電率は、 物性値です。 ベクトル量なので、導電異方性があれば、方向依存性があります。

導電率は、電流密度を電界の強さの比です。 電界の強さは電位勾配であり、電位勾配を見るには位置に対して電位を示した電位プロファイルが便利です。

また 導電率は、 移動度 と電荷密度の積です。 移動度は粘度に反比例し、 電荷密度は、イオンの濃度に比例します。


電位プロファイル―正極と負極-

  2 74 電位プロファイル―正極と負極-
©K. Tachibana

横軸に距離、縦軸に電位をとったグラフを 電位プロファイルなどと言います。 グラフの傾きは、 電界の強さを表します。


導電率の大きな電解液

  1 導電率 の大きな 電解液
材料 導電率 / S/m 抵抗率 / Ω・m
1M KCl aq 11.00 0.09
0.1M NaOH aq 1 ) 2.20 0.45
1M LiPF6/PC+DME(1:1mol) 2 ) 1.59 0.63
35wt%食塩水( 🏞 海水) 3 ) 4.00 0.25
水道水 4 ) 0.01 100.00

電解液( 電解質) はイオン電導です。自由電子による 金属の電子伝導に較べて導電率は8桁ほど小さくなります。 電池の内部抵抗を減らすには、 電極面積を増やし、電極間距離を縮め、導電率の高い電解液を使います。

導電率は 物性値なので、材料の形状によりません。 かたや形状のない材料などありません。


  2  イオンの移動
形態 説明 流動
対流 重力・動力(撹拌)
🖱 泳動 電位勾配/ クーロン力/導電率 位置エネルギーを最小に 慣性支配
🖱 拡散 濃度勾配/拡散係数 エントロピーを最大に 拡散方程式 拡散過電圧 粘性支配

拡散と対流は、イオン移動だけでなく物質移動でも起こります。拡散はイオン移動だけでなく 熱移動でも起こります。

物質の電気に関する物性は、導電率、誘電率、透磁率です。 このうち電解質の導電率は、イオンの濃度が濃い方が大きく、 移動度が大きい方が大きくなります。 粘度が小さいと移動度は大きくなります。 イオンの濃度が大きすぎると電離できなくなり、かえって導電率が小さくなります。 電解液の溶液抵抗は、セル定数と導電率で決まります。


  3 エネルギーとバルクの物性 *
エネルギー 物性値 対象となる 材料 用例
💪力学 ポアソン値
弾性率 弾性体
粘性率 流体
⚡電気 導電率S/m 電解液、溶融塩 導体
抵抗率 [Ω/m]

🏞 アルミニウムの 抵抗率 ρ は、 2.655×10-6 Ω·mです。

*
誘電率 絶縁体
透磁率
🌟光 屈折率、反射率、吸収率、透過率
🔥熱 融点、沸点

🏞 水の 三重点 Ttp は、 273.16 Kです。

比熱容量
熱膨張(線膨張係数、体膨張係数)、
熱伝導率
🧪化学 濃度
密度

バルクには、少なくとも物性が定まる程度の寸法が必要です。 たとえば、原子内部などに、物性を議論するのは無意味です。

の三重点は、物理定数です。


電池の内部抵抗

  4  電池の内部抵抗の原因
サイト 抵抗の種類 細分 原因
バルク 溶液抵抗 溶液の導電率 ( 抵抗過電圧
合材層の電子抵抗 導電助剤の炭素粒子同士の抵抗は、接触抵抗であるが、 不均一多孔質の合材層を、ひとつのバルクとみなしたときは、 合材層の電子抵抗ということになる。
拡散抵抗 拡散過電圧(濃度過電圧) イオン移動
集電体 の抵抗 金属の抵抗率 (抵抗過電圧)
界面 接触抵抗 集中抵抗 オーミック界面 点接触による電流の集中
皮膜抵抗 ショットキー界面 トンネル電流
反応抵抗 ショットキー界面 反応過電圧 (活性化過電圧)

電池 の劣化は、形状変化による 接触抵抗の増大です。

電池の発熱は、電流の二乗×内部抵抗。 発熱は、無駄な発電負荷であり、無駄な二酸化炭素の排出。 大型電池ほど、放熱が不利になり、熱暴走のリスクが高まります 電池の内部抵抗を下げることが、脱炭素社会への道。

Vo Q = Ve.m.f. Q - η t Q Q t

過電圧(電圧降下)=活性化過電圧+濃度過電圧+抵抗過電圧(溶液抵抗+接触抵抗

η = η a + η con + η IR

体脂肪計の原理

  5 ©
項目 応用例
🔍 体脂肪計
🔍 スキンチェッカー
🔍 塩分計
🔍 導電率計

書きかけです

κ = μ ρ
導電率
数式- 1
移動度 μ 〔m2/V・s〕=ドリフト速さ v 〔m/s〕÷電界の強さ E 〔V/m〕
移動度 μ 〔m2/V・s〕=電気量 Q 〔C〕÷(6×円周率×流体力学的半径 a 〔m〕×粘度 η 〔Pa・s〕)

書きかけです


参考文献



QRコード
https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/52255/_03/Conductivity.asp
名称: 教育用公開ウェブサービス
URL: 🔗 https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/
管理運用 山形大学 学術情報基盤センター

🎄🎂🌃🕯🎉
名称: サイバーキャンパス「鷹山」
URL: 🔗 http://amenity.yz.yamagata-u.ac.jp/
管理運用 山形大学 データベースアメニティ研究会
〒992-8510 山形県米沢市城南4丁目3-16

Copyright ©1996- 2024 Databese Amenity Laboratory of Virtual Research Institute,  Yamagata University All Rights Reserved.