電池電極スラリーの調整、分散、塗工技術が電池性能に及ぼす影響

©K.Tachibana

$r\left(Q\right)=\frac{\eta \left(t,Q,\frac{dQ}{dt}\right)}{I}$

電池は、化学エネルギーを電気エネルギーに変換するデバイスです。 その変換効率は高いほど良いです。 変換損失は熱エネルギーとなって放出されます。 この発熱は変換効率を悪化させるだけでなく、電池の温度を上昇させ、電池の安全な動作を妨げます。 電池の発熱は、内部抵抗rという 等価回路で表現されます。 電池の端子間電圧Vは、電池の起電力Ve.m.f.より電圧降下Irを差し引いた電圧です。

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天然ガスやアセチレンなどの気体を原料とすると、微粒子状炭素（煤）が生成します（気相炭素化）。 微粒子状炭素は、炭、トナーなどの顔料や、タイヤ添加剤として利用されている。 ^{1 )}

アセチレンブラックは、リチウムイオン電池の正極導電助剤としてよく使われます。粒径が小さく、充填効率が良いのでエネルギー密度の向上が期待されるからです。ＡＢの導電機構は、基本的にはグラファイトと同じです。六角網面が球状に重なったオニオン構造をとり、それがクラスターを作り、ＡＢの一次粒子となっています。 アセチレンブラック粉体の見かけの 抵抗率は、 0.21Ω・cm程度です。 *

カーボン材料の表面はほとんど水素です。 官能基は、解放型とラクトン型に分類されます。 官能基の分析は、熱分析などによりますが、精度を上げることは困難です ^{2 )} 。

電池の起電力は、充電率（State of charge、SOC） ^{3 )} によって変化します。 電池の過電圧も、充電率で変化します。また過電圧は、放電か、充電か、その方向でも変化します。

組電池 の電圧も、同様です。

96485.332 〔 C/mol 〕 は、アボガドロ数×電気素量で、それらはＳＩで定められた 定義定数 です。

工業的には、 26.801 〔 Ah/mol 〕をよく使います。

銀、 銅、 爆鳴気などで、電気量を較正します。

ファラデー定数は、 エネルギー密度や理論容量の計算にも使います。

電池の単位重量当たりの電気エネルギーを重量エネルギー密度、 電池の 単位体積当たりの電気エネルギーを 体積エネルギー密度 と言います。

重量エネルギー密度や 容量、サイクル寿命などは、電池の 性能の指標です。

エネルギーは、電圧×電気量で、電気量は電池に詰め込む物質量で決まるので、エネルギー密度を上げようと思ったら、 電池の起電力 を大きくするしかありません。

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合材 スラリーは、 活物質、 導電助剤 といった 電極材料 を、バインダーを溶解した分散媒に 分散して調整します。

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固体を水や空気などの 分散媒に分散して 塗料などにするには、 懸濁液を作るには、 固体を 粉体に 解砕するための応力が必要です。 ^{5 )}

2026年10月11日の CO₂ 濃度は、 推定454ppm。 この100年間で、 地球 大気 中の二酸化炭素の 濃度は1.4倍になった。 前史時代の二酸化炭素濃度は、280ppmでほぼ一定だった。 石炭 を使い始めた産業革命から指数的に増加を始めた。 石油を使い始めてからは指数項が加わった。

日本の 炭素強度は、580gCO₂eq/kWh

今、 地球 がヤバい。 脱炭素社会 には 再生可能エネルギー の活用が必須。そのためには、 電気エネルギーを 備蓄 する電池が必須なのだ。

• 国土交通省、気象庁 二酸化炭素濃度の経年変化 https://www.data.jma.go.jp/ghg/kanshi/ghgp/co2_trend.html
• 東北大学大学院理学研究科　大気海洋変動観測研究センター 過去250年間の大気中二酸化炭素濃度の変動 http://caos.sakura.ne.jp/tgr/observation/co2

◇ 参考文献