JP2020529608A - 伝導性物質の比表面積測定方法 - Google Patents

伝導性物質の比表面積測定方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、電気化学インピーダンス分光法を利用した伝導性物質の比表面積測定方法及び測定システムに関する。

Description

本出願は、２０１８年７月６日付韓国特許出願第１０−２０１８−００７８９７７号及び２０１９年７月３日付韓国特許出願第１０−２０１９−００８０２１８号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されている全ての内容を本明細書の一部として含む。
本発明は、電気化学インピーダンス分光法を利用した伝導性物質の比表面積測定方法に関する。
一般に、物質の比表面積を測定する方法としては、ＢＥＴ測定装置を使ってヘリウム、窒素などのような不活性ガスを低温で物質に吸着させる方法が広く用いられている。
このような比表面積測定方法で用いられるＢＥＴ測定装置は、大体真空ポンプ、ガス開閉スイッチ、計算用コンピューター、ヒーター及び液体窒素タンクなどで構成され、物質を測定する時、高い真空と吸着用高純度不活性ガスが必ず必要である。また、前記ＢＥＴ測定装置は、複雑な構造で重くて大きいため、一般的に固定して使用しなければならず、少量の不活性ガスの吸着と脱着を解釈して物質の比表面積を計算するので測定過程が複雑であり、計算用コンピューターを使わなければならない。
一方、物質の比表面積を測定する別の方法として、低温で高純度の窒素ガスを通過させながら吸着される窒素ガスの量を測定して物質の比表面積で取る方法が利用されている。しかし、このような方法は、窒素ガスを運ぶための別の気体が必要で、窒素ガスの量を感知することができる特別な装置を要する。さらに、前記方法は物質全体に窒素ガスが吸着された量を計算することが容易ではないため、多量の測定物質を使用しない場合は、大きな誤差が発生する問題点がある。
特に、微細気孔を有する物質の比表面積測定が要求されるにもかかわらず、測定機器が高価で、測定するのに７時間以上の多くの時間が必要となるので、測定を必要とする物質の中で一部を選別して測定しなければならなかった。また、比表面積測定器機が高価であるため、実験的にＢＥＴ測定装置を作って使用したりしたが、ガラスで作られて真空状態を維持するために真空ポンプとつながっていて移動することが容易ではないので、現場で速く測定しなければならない物質に対して積極的に対処できない短所がある。
韓国公開特許第１０−２０１７−０００９４７２号
上述したように、物質の比表面積測定のために使用されるＢＥＴ測定装置は高価な装置であり、測定時間が長くかかり、多量の試料を要する問題がある。
ここで、前記問題点を解決するために、本発明は電気化学インピーダンス分光法を利用して簡単な方法で伝導性物質の比表面積を測定する方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、
本発明は、（１）電気二重層を有する伝導性物質に分路（ｓｈｕｎｔ）抵抗を形成する添加剤を追加する段階と、
（２）電気化学インピーダンス分光法（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＥＩＳ）を利用して前記伝導性物質の電気二重層の静電容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を測定する段階と、
（３）前記静電容量から伝導性物質の比表面積を算出する段階とを含む伝導性物質の比表面積測定方法を提供する。
また、本発明は、（１）電気二重層を有する伝導性物質に分路（ｓｈｕｎｔ）抵抗を形成する添加剤を追加する追加モジュール；
（２）電気化学インピーダンス分光法（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＥＩＳ）を利用して前記伝導性物質の電気二重層の静電容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を測定する測定モジュール；及び
（３）前記静電容量から伝導性物質の比表面積を算出する計算モジュール；を含む伝導性物質の比表面積測定システムを提供する。
本発明の伝導性物質の比表面積測定方法は、電気化学インピーダンス分光法を利用して簡単な方法で伝導性物質の比表面積を測定することができる。
また、本発明の伝導性物質の比表面積測定方法は、測定時に要する試料が少量であり、水分がある環境でも測定可能であるという長所を有している。
実施例１の電気化学インピーダンス回路図である。 実施例１の電気化学インピーダンスの結果グラフである。 比較例１の電気化学インピーダンスの結果グラフである。
以下、本発明をより詳しく説明する。
一般に、ＢＥＴ測定装置を利用して物質の比表面積を測定する。しかし、前記ＢＥＴ測定装置は高価で、比表面積測定に数時間以上多くの時間が必要となり、測定時に多量の試料を必要とする問題がある。また、ＢＥＴ測定装置で電極表面にある電気二重層の静電容量（ｄｏｕｂｌｅ ｌａｙｅｒ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を予測する場合、実際値と非常に大きな誤差を示す問題がある。
一方、電気化学インピーダンス分光法（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＥＩＳ）は、周波数が異なる微細な交流信号をセルに与えてインピーダンスを計測する方法である。電気化学界面での色々な現象は、周波数によってそれぞれ異に反応し、振幅と位相の変化を起こすので、物質の静電容量、抵抗及び腐食電位などを測定することができ、これを通じて電気化学的挙動をモニタリングすることができる。
伝導性物質の静電容量は、前記電気化学インピーダンス分光法以外にサイクリックボルタンメトリ（ｃｙｃｌｉｃ ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ、ＣＶ）または充・放電でも得られるが、前記の方法はＩＲドロップ（ＩＲ ｄｒｏｐ）または気体発生などでノイズ（ｎｏｉｓｅ）が生成されて静電容量の誤差が大きく、多量の試料が必要な問題がある。しかし、前記電気化学インピーダンス分光法は、前記問題点を最小化することができる。
一般に、電解質と反応しない伝導性物質は電気二重層（ｄｏｕｂｌｅ ｌａｙｅｒ）を有し、前記伝導性物質の電気二重層の静電容量は伝導性物質の比表面積と比例する。
よって、本発明では電気化学インピーダンス分光法を利用して伝導性物質の電気二重層の静電容量を分離して測定した後、これによって伝導性物質の比表面積を測定する方法を提供しようとし、前記方法は少量の試料を使用して、誤差が少ない効果を有することができる。
したがって、本発明は伝導性物質の比表面積測定方法に係り、より具体的に、
（１）電気二重層を有する伝導性物質に分路（ｓｈｕｎｔ）抵抗を形成する添加剤を追加する段階；
（２）電気化学インピーダンス分光法（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＥＩＳ）を利用して前記伝導性物質の電気二重層の静電容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を測定する段階；及び
（３）前記静電容量から伝導性物質の比表面積を算出する段階；を含む、伝導性物質の比表面積測定方法に関する。
前記（１）段階は、電気二重層を有する伝導性物質に分路（ｓｈｕｎｔ）抵抗を形成する添加剤を追加する段階である。
本発明において、前記伝導性物質は電解質と反応しない物質で、一般的に電解質と反応しない伝導性物質は電気二重層を有するので、本発明の伝導性物質は電気二重層を有する物質であってもよい。
本発明において、前記電気二重層を有する伝導性物質は、抵抗が存在しながら伝導性を有する物質であれば、その種類を特に限定せず、具体的に、例えば炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラファイト、カーボンエアロゲル、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、炭素ナノ纎維（ＣＮＦ）、活性化炭素ナノ纎維（ＡＣＮＦ）、気相成長炭素纎維（ＶＧＣＦ）及びグラフェンなどの多孔性炭素材であってもよい。
前記添加剤は、前記電気二重層を有する伝導性物質の分路（ｓｈｕｎｔ）抵抗を形成する物質で、前記伝導性物質と電解質間の抵抗を減少させる物質である。
一般に、電気二重層を有する伝導性物質の電気二重層の静電容量は、電気化学インピーダンス分光法で測定することがとても難しい。よって、本発明では電気化学インピーダンス分光法で前記伝導性物質の電気二重層の静電容量を測定するために前記添加剤を使用して電気化学インピーダンス分光法で前記伝導性物質の電気二重層の静電容量を測定しようとした。
前記添加剤は、電解質のイオンと可逆反応が可能な物質であれば、その種類を特に限定しないが、具体的に、例えばＬｉＭｎＯ２、ＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌｉ（ＮｉｘＣｏｙＭｎｚ）Ｏ２、ＲｕＯ２、ＳｎＯ２、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＩｒＯ２、Ｍｎ３Ｏ４、Ｃｏ３Ｏ４、ＮｉＣｏ２Ｏ４、Ｖ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＭｏＯ３及びＦｅ２Ｏ３からなる群から選択される１種以上を含むことができる。
前記可逆反応は、電解質にあるイオンと添加剤が酸化−還元反応またはインターカレーション（ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）する反応を意味する。
したがって、前記添加剤は電解質のイオンと酸化−還元反応またはインターカレーション反応ができる物質であり、例えば、前記ＭｎＯ２は酸化−還元（ｒｅｄｏｘ）反応を利用したものであり、前記ＬｉＭｎ２Ｏ４はインターカレーション（ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）反応を利用したものである。
前記添加剤の静電容量は、電気二重層を有する伝導性物質の静電容量より大きくて反応速度が相対的に遅い。そのため、伝導性物質の電気二重層が形成される時間帯域と前記添加剤の疑似容量（ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）が形成される時間帯域が違うので、前記添加剤の疑似容量（ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）は伝導性物質の測定に影響を与えず、分路抵抗（ｓｈｕｎｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）だけで作用するようになる。
電気化学インピーダンス分光法において、ＲＣ回路の場合、伝導性物質と電解質が直接反応しないため抵抗が非常に大きく、静電容量が非常に小さいためワールブルグ素子（Ｗａｒｂｕｒｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）に隠されて静電容量の検出が不可能である。しかし、本発明では伝導性物質に前記添加剤を追加することで抵抗を減少させることができるのでワールブルグ素子と分離が可能であり、伝導性物質の電気二重層の静電容量を測定することができる。
より具体的に、電気化学インピーダンス分光法で伝導性物質の電気信号度及び電気二重層は、形成及び消滅を繰り返しながら一般的なキャパシタ（ｃａｐａｃｉｔｏｒ）のように変位電流（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）で信号が伝達される。しかし、電気二重層の形成速度が速すぎて高い周波数のみに反応し、この時、測定システム上、高い周波数帯域ではノイズが多く、ワールブルグ素子（Ｗａｒｂｕｒｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）が相対的に大きくて測定がまともに行われない。よって、分路抵抗を形成させる添加剤を追加して分路抵抗を形成すれば、伝導性物質の電気二重層形成時間が遅くなってナイキスト線図（Ｎｙｑｕｉｓｔ ｐｌｏｔ）で半円が表れるようになるし、伝導性物質の電気二重層の静電容量を測定することができる。
また、電気化学インピーダンス分光法を利用して電気二重層を有する伝導性物質の比表面積測定時に必要な前記伝導性物質は１μｇ以上である。
物質の比表面積を測定するためには、一般的にＢＥＴ測定装置を利用する。前記ＢＥＴ測定装置は、物質の比表面積を測定するために約１００ｍｇ以上を要する。しかし、本発明では、電気二重層を有する伝導性物質の比表面積を測定するために１μｇ以上の含量のみを必要とするので、少量でも電気二重層を有する伝導性物質の比表面積を測定することができる長所を有する。
また、前記添加剤は、電気二重層を有する伝導性物質の総重量部に対して１ないし２０重量部で含まれ、好ましくは５ないし１５重量部で含まれる。
前記添加剤が１重量部未満で含まれると添加剤の反応性が低下され、電解質の拡散（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）が悪くなってワールブルグ素子が強く表れることがあるし、２０重量部を超えて含まれると、添加剤の含量が多すぎて伝導性物質の構造体形成または電気二重層形成を妨げて伝導性物質の電気二重層の静電容量を測定しがたい問題がある。
また、前記添加剤は通常伝導性物質より密度が高いので、前記含量範囲に含まれるとしても、実際に大面的に及ぼす影響が微々たるものであり、添加剤の上に生じる電気二重層は、すぐ消滅されて分路としての役目をする。よって、添加剤自体の電気二重層が弱く形成されて添加剤の比表面積計算に最小化されるので、伝導性物質の電気二重層の静電容量測定の誤差を縮めることができる。
前記（２）段階は、電気化学インピーダンス分光法（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＥＩＳ）を利用して前記伝導性物質の電気二重層の静電容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を測定する段階である。
前記伝導性物質は、電気化学インピーダンス分光法を測定する時に電気二重層が形成され、前記電気二重層は伝導性物質の表面を覆っているので、電気二重層の静電容量から伝導性物質の比表面積を測定することができる。
前記電気化学インピーダンス分光法は、インピーダンスの振幅と位相を複素数平面に表し、これをナイキスト線図（Ｎｙｑｕｉｓｔ ｐｌｏｔ）と言う。前記ナイキスト線図は、半円と４５゜角度の直線で表れ、円径は界面で電子が電解質と伝導性物質間の界面を通過する移動速度と係る電荷移動抵抗（ｃｈａｒｇｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）で、４５゜角度の直線は拡散による物質移動を表すワールブルグインピーダンス（Ｚｗ）を意味する。
前記（１）段階は、電気二重層を有する伝導性物質に添加剤を追加したことで、前記添加剤がワールブルグ素子によって覆われた前記半円を小さくして、伝導性物質の電気二重層の静電容量を測定できるようにする。
前記電気化学インピーダンス分光法を利用した伝導性物質の電気二重層の静電容量測定は、前記（１）段階で準備した試料（伝導性物質及び添加剤）を作用電極（ｗｏｒｋｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）とし、電解質を含む３電極電気化学的セルを構成して伝導性物質の電気二重層の静電容量を測定することができる。
前記電解質は、３電極電気化学的セルに利用されるものであれば、その種類を特に限定しない。
したがって、本発明の伝導性物質の比表面積測定方法は、水分がある環境でも測定可能な長所を有している。
また、前記電気化学インピーダンス分光法を利用した伝導性物質の電気二重層の静電容量の測定は、ＢＥＴ方法より多孔性伝導性物質を測定するのに誤差が少ない長所を有している。
前記（３）段階は、前記（２）段階で測定された伝導性物質の電気二重層の静電容量から伝導性物質の比表面積を算出する段階である。
伝導性物質の電気二重層の静電容量は比表面積に比例し、これは下記数式１または数式２によって算出されることができる。
Figure 2020529608
Ｃ：伝導性物質の電気二重層の静電容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）
Ａ：伝導性物質の比表面積（ａｒｅａ）
ε: 誘電率（ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ）
ｄ：伝導性物質の電気二重層の厚さ（ｄｉｓｔａｎｃｅ）
Figure 2020529608
ＳＳＡ：伝導性物質の質量当たり比表面積（Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｒｅａ）
Ｃ：伝導性物質の電気二重層の静電容量
Ｃ０:同一測定条件でレファレンス伝導性物質の比表面積対比静電容量
ｍ：伝導性物質の質量
したがって、前記数式１または数式２を通じて伝導性物質の比表面積を算出することができる。
前記数式２のＣ０は、本発明と同一な測定条件で伝導性物質の比表面積対比静電容量を測定した値であって、レファレンス（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）の役目をする。
上述したように、本発明は伝導性物質と電解質の間の抵抗を減少させる添加剤を使用して試料を準備した後、電気化学インピーダンス分光法で前記伝導性物質の電気二重層の静電容量を求め、これによって伝導性物質の比表面積を算出することができる。すなわち、本発明は簡単な方法で伝導性物質の比表面積を測定することができるし、測定する時に必要な試料の量が少なくて、測定時間が短い効果などを有することができる。
また、本発明は前記で詳察してみた伝導性物質の比表面積測定方法を利用した伝導性物質の比表面積測定システムに関する。
具体的に、（１）電気二重層を有する伝導性物質に分路（ｓｈｕｎｔ）抵抗を形成する添加剤を追加する追加モジュール；
（２）電気化学インピーダンス分光法（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＥＩＳ）を利用して前記伝導性物質の電気二重層の静電容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を測定する測定モジュール；及び
（３）前記静電容量から伝導性物質の比表面積を算出する計算モジュール；を含む伝導性物質の比表面積測定システムに関する。
前記（１）段階の電気二重層を有する伝導性物質は上述したものと同一である。
また、前記添加剤は、前記電気二重層を有する伝導性物質の分路（ｓｈｕｎｔ）抵抗を形成する物質で、前記伝導性物質と電解質間の抵抗を減少させる物質である。
電解質のイオンと可逆反応が可能な物質であれば、その種類を特に限定しないが、具体的に、例えばＬｉＭｎＯ２、ＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌｉ（ＮｉｘＣｏｙＭｎｚ）Ｏ２、ＲｕＯ２、ＳｎＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＩｒＯ２、Ｍｎ３Ｏ４、Ｃｏ３Ｏ４、ＮｉＣｏ２Ｏ４、ＴｉＯ２、ＭｏＯ３及びＦｅ２Ｏ３からなる群から選択される１種以上を含むことができる。
前記可逆反応は、電解質にあるイオンと添加剤が酸化−還元反応またはインターカレーション（ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）する反応を意味する。
よって、前記添加剤は、電解質のイオンと酸化−還元反応またはインターカレーション反応ができる物質であり、例えば、前記ＭｎＯ２は酸化−還元（ｒｅｄｏｘ）反応を利用したものであり、前記ＬｉＭｎ２Ｏ４はインターカレーション（ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）反応を利用したものである。
また、伝導性物質の比表面積測定システムで前記伝導性物質を測定するために１μｇ以上の伝導性物質が必要である。
前記添加剤は、電気二重層を有する伝導性物質の総重量部に対して１ないし２０重量部で含まれ、好ましくは５ないし１５重量部で含まれる。
前記添加剤が１重量部未満で含まれると添加剤の反応性が低下され、電解質の拡散（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）が悪くなってワールブルグ素子が強く表れることがあるし、２０重量部を超えて含まれると、添加剤の含量が多すぎて伝導性物質の構造体形成または電気二重層形成を妨げて、伝導性物質の電気二重層の静電容量を測定しがたい問題がある。
前記（３）段階の計算モジュールで前記静電容量から伝導性物質の比表面積の算出は、下記数式３または数式４によって算出されることができる。
Figure 2020529608
Ｃ：伝導性物質の電気二重層の静電容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）
Ａ：伝導性物質の比表面積（ａｒｅａ）
ε: 誘電率（ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ）
ｄ：伝導性物質の電気二重層の厚さ（ｄｉｓｔａｎｃｅ）
Figure 2020529608
ＳＳＡ：伝導性物質の質量当たり比表面積（Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｒｅａ）
Ｃ：伝導性物質の電気二重層の静電容量
Ｃ０: 同一測定条件でレファレンス伝導性物質の比表面積対比静電容量
ｍ：伝導性物質の質量
したがって、前記数式３または数式４を通じて伝導性物質の比表面積を算出することができる。
前記数式４のＣ０は、本発明と同一な測定条件で伝導性物質の比表面積対比静電容量を測定した値であって、レファレンス（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）の役目をする。
本明細書で記載したモジュール（ｍｏｄｕｌｅ）と言う用語は、特定機能や動作を処理する一つの単位を意味し、これはハードウェアやソフトウェア、またはハードウェア及びソフトウェアの結合で具現することができる。
以下、本発明を具体的に説明するために実施例を挙げて詳細に説明する。しかし、本発明による実施例は幾つか異なる形態で変形されてもよく、本発明の範囲が以下で述べる実施例に限定されるもので解釈されてはならない。本発明の実施例は、当業界で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
＜伝導性物質の比表面積測定＞
実施例１
カーボンブラック１８０μｇに添加剤としてＬｉＭｎ２Ｏ４を１０μｇ添加して試料を準備し、前記試料を作用電極（ｗｏｒｋｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）として３電極電気化学的セルを構成して電気化学インピーダンス分光法を行った。前記電気化学インピーダンス分光法はＰＣとつながったポテンショスタット（ｐｏｔｅｎｔｉｏｓｔａｔ）で行った。
電気化学的セルで基準電極（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）には飽和カロメル電極（Ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｃａｌｏｍｅｌ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ（ＳＣＥ））が使用され、対極（ｃｏｕｎｔｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）にはＰｔワイヤが使用された。
電気化学インピーダンス分光法は、電解質で２Ｍ 硝酸リチウム（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｎｉｔｒａｔｅ（ａｑｕｅｏｕｓ））を使用し、１Ｖ ｂｉａｓで１０ｋＨｚないし０．１Ｈｚで測定した。ランドル回路（Ｒａｎｄｌｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）に擬似容量（ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を意味するＣを回路の端にもう一つ追加した形態で使用した（図１）。
前記電気化学インピーダンス分光法から前記カーボンブラックの電気二重層の静電容量が５．１１１ｅ−５Ｆで測定された。前記静電容量を上述した数式１に代入した結果、伝導性物質であるカーボンブラックの比表面積は１００．９６ｍ２／ｇと測定された（図２）。
比較例１
添加剤を使用しないことを除いて、前記実施例１と同様に実施してインピーダンススペクトルを得た（図３）。
比較例１は、添加剤を使用しないので、伝導性物質であるカーボンブラックの静電容量が全く測定されず、そのためカーボンブラックの比表面積を求めることができなかった。

Claims (12)

  1. （１）電気二重層を有する伝導性物質に分路（ｓｈｕｎｔ）抵抗を形成する添加剤を追加する段階と、
    （２）電気化学インピーダンス分光法（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＥＩＳ）を利用して前記伝導性物質の電気二重層の静電容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を測定する段階と、
    （３）前記静電容量から伝導性物質の比表面積を算出する段階とを含む伝導性物質の比表面積測定方法。
  2. 前記添加剤は、電解質のイオンと可逆反応する物質であることを特徴とする請求項１に記載の伝導性物質の比表面積測定方法。
  3. 前記添加剤は、電解質のイオンと酸化−還元反応またはインターカレーション反応をする物質であることを特徴とする請求項２に記載の伝導性物質の比表面積測定方法。
  4. 前記伝導性物質は１μｇ以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の伝導性物質の比表面積測定方法。
  5. 前記添加剤は、伝導性物質の総重量部に対して１ないし２０重量部で含まれることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の伝導性物質の比表面積測定方法。
  6. 前記静電容量から伝導性物質の比表面積算出は、下記数式１または数式２によって算出されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の伝導性物質の比表面積測定方法。
    Figure 2020529608
    Ｃ：伝導性物質の電気二重層の静電容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）
    Ａ：伝導性物質の比表面積（ａｒｅａ）
    ε:誘電率（ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ）
    ｄ：伝導性物質の電気二重層の厚さ（ｄｉｓｔａｎｃｅ）
    Figure 2020529608
    ＳＳＡ：伝導性物質の質量当たり比表面積（Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｒｅａ）
    Ｃ：伝導性物質の電気二重層の静電容量
    Ｃ０:同一測定条件でレファレンス伝導性物質の比表面積対比静電容量
    ｍ：伝導性物質の質量
  7. （１）電気二重層を有する伝導性物質に分路（ｓｈｕｎｔ）抵抗を形成する添加剤を追加する追加モジュール；
    （２）電気化学インピーダンス分光法（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＥＩＳ）を利用して前記伝導性物質の電気二重層の静電容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を測定する測定モジュール；及び
    （３）前記静電容量から伝導性物質の比表面積を算出する計算モジュール；を含む伝導性物質の比表面積測定システム。
  8. 前記添加剤は、電解質のイオンと可逆反応する物質であることを特徴とする請求項７に記載の伝導性物質の比表面積測定システム。
  9. 前記添加剤は、電解質のイオンと酸化−還元反応またはインターカレーション反応をする物質であることを特徴とする請求項８に記載の伝導性物質の比表面積測定システム。
  10. 前記伝導性物質は１μｇ以上であることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の伝導性物質の比表面積測定システム。
  11. 前記添加剤は、伝導性物質の総重量部に対して１ないし２０重量部で含まれることを特徴とする請求項７から１０のいずれか一項に記載の伝導性物質の比表面積測定システム。
  12. 前記計算モジュールで前記静電容量から伝導性物質の比表面積算出は、下記数式３または数式４によって算出されることを特徴とする請求項７から１１のいずれか一項に記載の伝導性物質の比表面積測定システム。
    Figure 2020529608
    Ｃ：伝導性物質の電気二重層の静電容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）
    Ａ：伝導性物質の比表面積（ａｒｅａ）
    ε: 誘電率（ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ）
    ｄ：伝導性物質の電気二重層の厚さ（ｄｉｓｔａｎｃｅ）
    Figure 2020529608
    ＳＳＡ：伝導性物質の質量当たり比表面積（Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｒｅａ）
    Ｃ：伝導性物質の電気二重層の静電容量
    Ｃ０:同一測定条件でレファレンス伝導性物質の比表面積対比静電容量
    ｍ：伝導性物質の質量
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