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令和6年11月21日 （木）

👀 ニオブアノード酸化皮膜の絶縁特性に及ぼす水分の影響

●２００３年度（平成１５年度）卒業研究¹⁾
◆２００３（平成１５）年度ノート²⁾

＜緒言及び目的＞
現在、小型大容量のコンデンサとしてタンタル固体電解コンデンサが実用化されているが、タンタルの資源は希少であるため、高価であり、需要の大小により価格が変動し供給安定性が悪い。そのため最近ではタンタルに変わる陽極材料として、アノード酸化皮膜の誘電率が40と高く、資源が豊富なニオブに注目が集まっている1?。しかしニオブのアノード酸化皮膜は、タンタルのアノード酸化皮膜に比べ、熱による影響を受けやすく、容量がバイアスに依存し、漏れ電流が多い等の欠点がある2?。それらの諸問題を解決すべくニオブの酸化皮膜の研究がされているが3?、絶縁特性に関して酸化皮膜/電解液界面でしか評価されてこなかった。そこで本研究では実際の固体電解コンデンサに類似した酸化皮膜/固体電解質界面での絶縁性と水分の影響について明らかにすることを目的とした。
＜実験方法＞
ニオブワイヤ（φ0.3mm、99.9％、ニラコ製）を13cm切り取り、そのうちの10cmを渦巻状(約φ=7mm)にし電極を作成した。アルカリ脱脂後、0.1Ｍリン酸水溶液中において電流密度1mA/?で20Ｖ（VS Ag/AgCl）までアノード酸化皮膜を生成させ、さらに電位を20Vに保ち20minエージングした。酸化皮膜上に接触させる固体電解質として、二酸化マンガン(IC-21)を用いた。二酸化マンガン50mgを量り取りテフロン分散腋を２滴加え混練し電極に1kgf/cm2で10s圧着した。その後真空電気炉で120℃、6時間乾燥させたものを試料極とした。その試料極をクロノポテンショメトリーにて測定した。電解液は水分添加し水分濃度を変化させた1M LiBF?（PC+DME、50：50）を用いた。対極は白金、擬似参照電極は銀電極とした。測定後カールフィッシャー水分測定装置で水分を2回測定した。　　
＜結果及び考察＞
水分濃度 絶縁破壊電位 VS Ag
60ppm 3.66V
1200ppm 4.23V
1600ppm 4.56V
Table 1に電解液の水分濃度を変化させたときにクロノポテンショグラムにおいて絶縁破壊が起きた電位を示す。電解液の水分が多いほど絶縁破壊電位が高くなり、二酸化マンガンが接触しているニオブアノード酸化皮膜の絶縁性が高くなる事が分かった。これは環境中の水分により漏れ電流の原因となっているニオブアノード酸化皮膜の欠陥部が修復していることを示唆している。よって固体電解コンデンサに水分を含ませることにより性能が向上する。
＜参考文献＞
1?小野幸子、電気化学秋季大会講演要旨集、p.245 (2003)
2?長原和宏、坂入正敏、高橋英明、小田幸男、ARS樽前コンファレンス予稿集、p78 (2003)　 3?大館広和、阿相英孝、小野幸子、2002年電気化学秋季大会講演要旨集、p.160（2002）


＜自然電位測定の方法＞
本実験の自然電位の測定方法を示す。ニオブ渦巻状電極上に20V（vs Ag/AgCl）のアノード酸化皮膜を化成した後、その表面上に二酸化鉛もしくは二酸化マンガンをテフロン分散液で結着し圧着した。その電極を作用極とし、参照極にAg/AgCl、対極に白金を用い、電解液を20Wt％リン酸水溶液³⁾とした三極式のセルを組んだ。次にポテンショスタット（COPER　9101）をE-METERモードにしておき作用極を電解液に浸した時の電位を自然電位として計測した。

伊藤 晋：卒業論文

よしきらの卒論を継承してます。⁴⁾⁵⁾⁶⁾
ニオブ⁷⁾

緒言（Ｃ > Ｃ１履歴 > 【２００３年度（平成１５）卒業研究】,Ｃ１履歴
仁科 辰夫,卒業研究（Ｃ１-電気化学, 講義ノート, (2003).

◆２００３（平成１５）年度ノート
立花　和宏, 研究ノート, (2007).

実験方法 > 材料＆試 > 金属材料 > バルブメ > ニオブとその化合物,バルブメタルのアノード酸化とエッチング
仁科 辰夫,卒業研究（Ｃ１-電気化学, 講義ノート, (2006).

◇ 緒言

背景

工業製品や材料について調べます。 研究プロジェクトに参加するのもいいでしょう。

目的

🔷 実験方法

工学部の場合、モノヅクリの研究論文ですから、準備するもの、作成手順、そして評価と述べてゆきます。評価だけの論文はあまりよくありません。 できるだけエコ研究・ＤＩＹを目指しましょう。

サンプル や 消耗品は、購入先（業者、店舗、ネット）なども示して、 表にまとまっていると読者が追試しやすいです。

準備するもの

サンプル の 履歴

作成手順

消耗品の 履歴

評価の方法

装置と 使用履歴

管理の方法

管理の方法を示してください。試作品やデータの管理の方法、リユース、リサイクルや廃棄の方法があるとありがたいです。

◇ 結果と考察

物理量（ 起電力E〔V〕など）には 単位を示しましょう。本文中に示すときは、量名と記号を示し、〔〕で単位を示します。グラフの軸や表中では、物理量を単位で割って数値のみを示しましょう。

論文は、文章が集まって段落を作り、段落が集まって、節ができ、節が集まって章ができます。 図や 表、 数式や化学式を使います。 物理量にはnomenclatureがあると良いでしょう。

• 佐藤和美;田中良樹;奈緒子.【見学】愛・地球博＠愛知県名古屋市.
• 田中良樹.【議事】ニオブ.
• 田中良樹.【議事】ニオブＣＶ.

研究ノート

• 佐藤和美;田中良樹;奈緒子.【見学】愛・地球博＠愛知県名古屋市.
• 田中良樹.【議事】ニオブ.
• 田中良樹.【議事】ニオブＣＶ.

図 （グラフ、写真）、表などを活用しましょう。

図や 表 には図題（キャプション）や表題をつけます。 図や 表の 説明にはひとつの段落を使います。

◇ 参考文献 （ 書籍 ・雑誌 ・口頭発表 ・URL ）

田中 良樹の学会発表

• 田中良樹,立花和宏,仁科辰夫,遠藤孝志,尾形健明..電解コンデンサ用カソード材料の接触によるニオブアノード酸化皮膜の欠陥修復.2003年電気化学秋季大会,札幌,(2003/09/11).
• ○田中良樹,立花和宏,遠藤孝志,仁科辰夫,尾形健明..ニオブ固体電解コンデンサのアノード酸化皮膜上へのカソード材形成過程の解析.化学系９学協会連合東北地方大会,福島県立医科大学（福島市光が丘１）,(2003/10/11).
• 仲宗根亮,田中良樹,立花和宏,仁科辰夫,遠藤孝志,尾形健明..PRTR法に対応した化学物質管理・公開システムの開発.化学系９学協会連合東北地方大会,岩手県盛岡市,(2004/09/17).
• 立花和宏,○大木信典,田中良樹,仁科辰夫,遠藤孝志,尾形建明,松下卓史,岡本安由,遠藤麻未..導電助材及び電池活物質をゴム支持体に均一に混練したリチウムイオン二次電池の正極特性の評価.第45回電池討論会,国立京都国際会館（京都市左京区宝ヶ池）,(2004/11/27).
• ○立花和宏,仁科辰夫,遠藤孝志,田中良樹,木俣光正,楊立,尾形健明..バルブメタルの非水電解液中における不働態化と表面欠陥.電気化学会第72回大会,熊本,(2005/04/01).
• ○渡邉隼司,伊藤智博,田中良樹,仲宗根亮,及川文成,大木信典,立花和宏,奥山澄雄,仁科辰夫,尾形健明..教育・研究のためのPRTR法対応薬品管理システムの概要と薬品管理の現状.平成17年度　化学系学協会東北大会,東北大学　川内キャンパス（宮城県仙台市青葉区川内）,(2005/09/23).
• 田中良樹,立花和宏,仁科辰夫,遠藤孝志,尾形健明..イオン性液体中におけるアルミニウムのアノード酸化とブレークダウン電圧.表面技術協会第１１２回講演大会,石川県地場産業振興センター,(2005/10/05).
• 田中良樹、赤峰広規、立花和宏、仁科辰夫、遠藤孝志、尾形健明..イオン性液体中におけるアルミニウムアノード酸化皮膜の膜組成とブレークダウン電圧.第22回ＡＲＳ津軽コンファレンス,ホテル「海扇閣」青森市大字浅虫螢谷３１,(2005/11/01).

• 田中 良樹. ニオブアノード酸化皮膜の絶縁特性に及ぼす水分の影響. 山形大学 物質化学工学科 ,卒業論文, 2004. https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/developer/Asp/Youzan/Academic/@Thesis.asp?nThesisID=331, （参照 2024-11-21）.