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🌡️ 📆 令和6年4月23日

👀 鉛蓄電池負極サルフェーションと電池構成部材の純度

鉛蓄電池負極サルフェーションと電池構成部材の純度　A04
山形大学工学部物質化学工学科　立花･仁科研究室　01512032　小林郁衣　
Anode Sulfation of Lead-Acid Batteries and Fineness of the Battery Structure Material 
1．緒言　鉛蓄電池は1859年にプランテによって発明されて以来、基本原理は変わっていない。そのため1950年代に鉛蓄電池研究のピークを迎えてからは、その実用状況の多さと比べてあまり研究されなくなった。しかし現在、鉛蓄電池の使用用途が時代とともに変化し、新たな研究課題が生じてきた。それが負極のサルフェーションである。本研究では1950年代にはまだなかったSEMなどの最先端機器を用いて負極のサルフェーションを観察し、さらに減少させる方法について検討する。
 
2．目的　サルフェーションとは鉛蓄電池の放電の際にできる硫酸鉛（PbSO４）のことで、結晶が硬質化すると充電しても硫酸イオン（SO４2－）と鉛（Pb）に戻らなくなる。
正極：PbO2＋SO４２－＋4H＋＋2e－→PbSO＋2H2O
負極：Pb＋SO４２－→PbSO4 ＋2e－
図1　鉛蓄電池内部の化学反応(放電時)
 
硫酸鉛が電極表面に付着したままだと、鉛の反応面積が減り、電池の容量が減ってしまう。そこで電池の性能向上のためにサルフェーションを減らしたい。ここでは負極のサルフェーションの観察を行う前に、まず正極の腐食をみてみた。電圧を加えて腐食させた正極電極表面をデジタルハイスコープ(HIROX KH-2400)¹⁾ とSEMを用いて観察した。
3．実験方法　試料極として線径φ0.5㎜で純度99.9＋％の鉛線を使用した。実験は三電極式で行い、対極・参照極には試料極と同じ鉛線を用いた。電解液には一般に鉛蓄電池に用いられている4.5M　H２SO４を使用した。ポテンショスタットを使って2.4Vの電圧を2時間かけて、鉛を腐食させた。（電流密度：１mA／cm２）
次に腐食させた鉛をデジタルハイスコープで観察した。同時に腐食させていない純鉛線の観察も行った。また、腐食鉛線の断面のSEM写真を撮るため、まず腐食させた鉛線をエポキシ樹脂で固めた。そして固めた腐食鉛線を紙やすり、ラッピングシートを用いて研磨し、最後にアルミナで磨いた。それから蒸着装置を用いて研磨したエポキシ樹脂＋鉛線表面に白金を塗布した。その後SEM(倍率2000倍)で観察を行った。
 
4．実験結果　図2、図3に観察したSEM写真の結果を示した。
 　 
図2　腐食鉛のSEM　　図3　図2の拡大
写真(倍率2000倍)　　　SEM写真

5．結論　デジタルハイスコープで腐食鉛の断面を観察した結果、倍率500倍では腐食の様子がうまく観察できなかったため、鉛の表面観察はデジタルハイスコープよりもSEMで行ったほうがよいことがわかった。
今後の課題としては高純度の鉛線、硫酸を用いたときのサルフェーションの違いをSEMを使って観察したい。
参考文献 １) D．Pavlov et al．，J．Electrochem．Soc．，142，2917（1995） 

たかのあとをつぎました^2) 3) 。

◇ 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。

研究ノート

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 ）

小林　郁衣の学会発表

• 小林　郁衣. 鉛蓄電池負極サルフェーションと電池構成部材の純度. 山形大学 物質化学工学科 ,卒業論文, 2005. https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/developer/Asp/Youzan/Academic/@Thesis.asp?nThesisID=257, （参照 2024-04-23）.