JP7305935B2 - レドックスフロー電池用電極およびレドックスフロー電池 - Google Patents
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Description
厚み測定装置(PEACOCK(登録商標))、尾崎製作所製)を用いて、測定端子部に面圧0.088MPaで加圧した状態で、φ10mm端子で試料の9点を測定した平均値を厚みとし、電極の重量、面積から密度を算出した。
X線CT観察装置(TDM1000 H-II、ヤマト科学)を用いて炭素繊維不織布を観察し、炭素繊維と樹脂炭化物の合計に対する炭素繊維の体積率を測定した。CT観察による画像はノイズを含むため、繊維部あるいは樹脂炭化物部(以下、固体部と呼称)と空隙部の境界が明瞭ではない。そこで、ノイズ除去および明瞭化を目的とし、画像処理ソフトPhotoShop(登録商標)(Adobe社製)を用いて以下に示す画像操作を行った。
(1)明度・彩度の調節による固体部と空隙部の明確化
(2)二値化処理による固体部(白)・繊維(黒)の分離
(3)ノイズ成分の除去
(4)白黒の反転操作(固体部を黒へ、空隙部を白へ)
上記操作に用いる条件は、CT画像の明度・輝度に応じて適宜変更する必要があり、上記の一連の操作によって、CT画像から電極のイメージベースドモデルを作製することができる。
炭素繊維体積率(%)=100×A/(A+B)
A:直径6μm以上の仮想球の体積、B:直径6μm未満の仮想球の体積
なお、炭素繊維と樹脂炭化物以外にカーボン粒子等の導電助剤を含む場合においても、本発明においては上記の算出方法において算出された数値を炭素繊維体積率とみなす。
引張試験機(オートグラフタイプ、島津製作所製)を用いて、30mm以上×30mm以上の平滑な金属ブロックで30mm×30mmのサンプルを加圧し、1.0MPa加圧した際の厚みを測定した。1.0MPaの圧縮応力における圧縮ひずみは以下の式により算出した。
圧縮ひずみ(%)=100×(0.088MPa加圧時の厚み-1.0MPa加圧時の厚み)/(0.088MPa加圧時の厚み)
[測定例4]導電抵抗
電極の面直方向の電気抵抗は、2.23mm×2.23mmにカットした電極を2枚の金メッキ板の間に挟んで1.0MPaの一様な面圧をかけたとき、1.0Aの電流を流して、電気抵抗を測定して面積をかけて求めた。
高分子電解質膜“Nafion”(登録商標)NR212(DuPont社製)(膜厚50μm)の両面を、作製した電極で挟み込んだ。ここで、電極は1辺4cmの正方形、高分子電解質膜は1辺6cm以上の正方形として、高分子電解質膜の各辺と電極の各辺とを平行にして、高分子電解質膜の中心と電極の中心とが一致するように重ねた。重ねた高分子電解質膜と電極を、金メッキしたステンレスブロック電極2個で挟み(挟む面は1辺3cmの正方形)、電極の9cm2の面積に圧力が1MPaとなるように加圧した。この際、ステンレスブロック電極の挟む面の各辺と電極の各辺とを平行にして、ステンレスブロック電極の中心と電極の中心とが一致するように挟んだ。デジタルマルチメーター(KEITHLEY Model196 SYSTEM DMM)を用いて金メッキしたステンレスブロック電極間に2Vの直流電圧を印加し、電極間の電流を測定し、得られた値を短絡電流とした。そして、電極に加圧印加している面積9cm2で前記短絡電流を除して短絡電流密度とした。
ポリアクリロニトリル繊維の耐炎糸のけん縮糸を数平均繊維長51mmに切断した後、カード、クロスレヤーでシート化した後、針密度500本/cm2のニードルパンチを行って見かけ密度が0.10g/cm3の炭素繊維前駆体繊維不織布を得た。フェノール樹脂7重量%、アセトン93重量%を混合した溶液を作成し、該不織布を浸漬後、マングルで絞り、100℃で5分間乾燥させ、フェノール樹脂が添着した不織布を得た。
プレス時に不織布の周りを取り囲むようにスペーサーを設置することで、プレス後の不織布厚みを制御し、密度を0.40g/cm3にした以外は実施例1と同様にして炭素繊維不織布を得た。
炭素繊維前駆体繊維不織布をフェノール樹脂重量15%、アセトン85重量%を混合した溶液浸漬後、実施例1と同様にして炭素繊維不織布を得た。
プレス時に不織布の周りを取り囲むようにスペーサーを設置することで、プレス後の不織布厚みを制御し、密度を0.28g/cm3にした以外は実施例1と同様にして炭素繊維不織布を得た。
プレス時に不織布の周りを取り囲むようにスペーサーを設置することで、プレス後の不織布厚みを制御し、密度を0.18g/cm3にした以外は実施例1と同様にして炭素繊維不織布を得た。
浸漬に使用する混合溶液をフェノール樹脂2重量%、アセトン98重量%にした以外は実施例1と同様にして炭素繊維不織布を得た。
Claims (7)
- 炭素繊維が樹脂炭化物により結着された炭素繊維不織布からなるレドックスフロー電池用電極であって:
炭素繊維の繊維長が20mm以上、120mm以下であり;
炭素繊維と樹脂炭化物の合計に対する炭素繊維の体積率が80%以上95%未満であり;
密度が0.20g/cm3以上であり;
1.0MPaの圧縮応力における圧縮ひずみが20%以上、40%以下である;
レドックスフロー電池用電極。 - 密度が0.30g/cm3以上である、請求項1に記載のレドックスフロー電池用電極。
- 0.40mmを超える厚みを有する、請求項1または2に記載のレドックスフロー電池用電極。
- 水/エタノールの等量混合溶液5μLを滴下した際の接触角が10°以下である、請求項1~3のいずれかに記載のレドックスフロー電池用電極。
- 目付が50~1500g/m2である、請求項1~4のいずれかに記載のレドックスフロー電池用電極。
- 請求項1~5のいずれかに記載のレドックスフロー電池用電極を有するレドックスフロー電池。
- フローバイタイプである、請求項6に記載のレドックスフロー電池。
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