JPWO2019212056A1 - Structures, electrochemical devices, and methods for supporting evaluation of structures - Google Patents

Structures, electrochemical devices, and methods for supporting evaluation of structures Download PDF

Info

Publication number
JPWO2019212056A1
JPWO2019212056A1 JP2020517075A JP2020517075A JPWO2019212056A1 JP WO2019212056 A1 JPWO2019212056 A1 JP WO2019212056A1 JP 2020517075 A JP2020517075 A JP 2020517075A JP 2020517075 A JP2020517075 A JP 2020517075A JP WO2019212056 A1 JPWO2019212056 A1 JP WO2019212056A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
particles
particle
volume
structure according
magnetic susceptibility
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2020517075A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7438543B2 (en
Inventor
松井 浩志
浩志 松井
今井 隆之
隆之 今井
河野 誠
誠 河野
清香 森
清香 森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KAWANO LAB, INC.
Fujikura Ltd
Original Assignee
KAWANO LAB, INC.
Fujikura Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KAWANO LAB, INC., Fujikura Ltd filed Critical KAWANO LAB, INC.
Publication of JPWO2019212056A1 publication Critical patent/JPWO2019212056A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7438543B2 publication Critical patent/JP7438543B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/04Hybrid capacitors
    • H01G11/06Hybrid capacitors with one of the electrodes allowing ions to be reversibly doped thereinto, e.g. lithium ion capacitors [LIC]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22Electrodes
    • H01G11/24Electrodes characterised by structural features of the materials making up or comprised in the electrodes, e.g. form, surface area or porosity; characterised by the structural features of powders or particles used therefor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/96Carbon-based electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

構造体は、電解材料と、電解材料を担持する担持体とを備える。担持体は、複数の粒子を含み、複数の粒子の各々は、細孔を有している。体積磁化率に対する粒子の数の割合を示すグラフが、ピーク波形を含み、ピーク波形の半値幅とピーク値との比の値が1.0×10-6未満を示す。The structure includes an electrolytic material and a carrier that supports the electrolytic material. The carrier comprises a plurality of particles, each of the plurality of particles having pores. The graph showing the ratio of the number of particles to the volume magnetic susceptibility includes the peak waveform, and the value of the ratio of the half width of the peak waveform to the peak value is less than 1.0 × 10-6.

Description

本発明は、構造体、電気化学デバイス、及び構造体の評価支援方法に関する。 The present invention relates to structures, electrochemical devices, and methods for supporting the evaluation of structures.

電気化学デバイスとして、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ、及び燃料電池が知られている。 Lithium ion capacitors, electric double layer capacitors, and fuel cells are known as electrochemical devices.

リチウムイオンキャパシタは、通常、正極として、活性炭を含む電極を備え、負極として、リチウムイオン電池の負極と同様のリチウム吸蔵炭素材料を備える。リチウムイオンキャパシタは、正極でイオンを吸脱着し、負極でリチウムイオンを吸蔵放出することで充放電を行う(例えば、特許文献1参照。)。 A lithium ion capacitor usually includes an electrode containing activated carbon as a positive electrode and a lithium occlusion carbon material as a negative electrode similar to the negative electrode of a lithium ion battery. Lithium-ion capacitors charge and discharge by occluding and desorbing ions at the positive electrode and occluding and discharging lithium ions at the negative electrode (see, for example, Patent Document 1).

電気二重層キャパシタは、通常、正極及び負極として、活性炭を含む電極を備える。電気二重層キャパシタでは、電解質イオンの物理的な吸脱着により充放電が行われる(例えば、特許文献1参照。)。 Electric double layer capacitors usually include electrodes containing activated carbon as positive and negative electrodes. In an electric double layer capacitor, charging and discharging are performed by physical adsorption and desorption of electrolyte ions (see, for example, Patent Document 1).

リチウムイオンキャパシタ及び電気二重層キャパシタは、電極と電解液との接触面積が大きいほど静電容量が高くなる。活性炭は多孔質であり、活性炭の表面には多くの細孔が形成されている。したがって、活性炭の比表面積は大きく、電極の材料に活性炭を使用することで静電容量を高めることができる。換言すると、電極の材料に多孔質性材料を使用することで、リチウムイオンキャパシタ及び電気二重層キャパシタの性能を高めることができる。 The larger the contact area between the electrode and the electrolytic solution, the higher the capacitance of the lithium ion capacitor and the electric double layer capacitor. Activated carbon is porous, and many pores are formed on the surface of activated carbon. Therefore, the specific surface area of the activated carbon is large, and the capacitance can be increased by using the activated carbon as the material of the electrode. In other words, by using a porous material as the electrode material, the performance of the lithium ion capacitor and the electric double layer capacitor can be improved.

燃料電池は、電解質の種類や電極の種類等により種々のタイプに分類される。代表的なものとして、アルカリ型(AFC)、リン酸型(PAFC)、溶融炭酸塩型(MCFC)、固体酸化物型(SOFC)、及び固体高分子型(PEFC)がある。 Fuel cells are classified into various types according to the type of electrolyte, the type of electrodes, and the like. Typical examples are alkaline type (AFC), phosphoric acid type (PAFC), molten carbonate type (MCFC), solid oxide type (SOFC), and solid polymer type (PEFC).

例えば、固体高分子型燃料電池は、膜−電極接合体(MEA)を備える。膜−電極接合体は、高分子電解質膜、カソード側電極、及びアノード側電極によって構成される。カソード側電極及びアノード側電極は、高分子電解質膜の両面に形成される。カソード側電極及びアノード側電極は、電極触媒層とガス拡散層とを備え、電極触媒層は、通常、カーボンブラックを有する。カーボンブラックは、白金等の触媒を担持している。また、カーボンブラックは、アイオノマー(イオン交換性高分子)を担持している(例えば、特許文献2、3参照。)。 For example, a polymer electrolyte fuel cell comprises a membrane-electrode assembly (MEA). The membrane-electrode assembly is composed of a polymer electrolyte membrane, a cathode side electrode, and an anode side electrode. The cathode side electrode and the anode side electrode are formed on both sides of the polymer electrolyte membrane. The cathode side electrode and the anode side electrode include an electrode catalyst layer and a gas diffusion layer, and the electrode catalyst layer usually has carbon black. Carbon black carries a catalyst such as platinum. Further, carbon black carries an ionomer (ion-exchangeable polymer) (see, for example, Patent Documents 2 and 3).

固体高分子型燃料電池は、触媒層内におけるアイオノマーと触媒との接触面積が大きいほど電流密度が高くなる。カーボンブラック(2次粒子)は多孔質であり、カーボンブラックの表面には多くの細孔が形成されている。したがって、カーボンブラックの比表面積は大きく、触媒担持体にカーボンブラックを使用することで、アイオノマー及び触媒の担持量を増やして電流密度を高めることができる。換言すると、触媒担持体に多孔質性材料を使用して細孔内にアイオノマー及び触媒を担持させることで、固体高分子型燃料電池の性能を高めることができる。 In the polymer electrolyte fuel cell, the larger the contact area between the ionomer and the catalyst in the catalyst layer, the higher the current density. Carbon black (secondary particles) is porous, and many pores are formed on the surface of carbon black. Therefore, the specific surface area of carbon black is large, and by using carbon black for the catalyst carrier, the amount of ionomer and catalyst supported can be increased to increase the current density. In other words, the performance of the polymer electrolyte fuel cell can be enhanced by supporting the ionomer and the catalyst in the pores by using a porous material for the catalyst carrier.

特開2017−168832号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-168832 特開2016−085894号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-085944 特開2006−004662号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-004662

しかしながら、電気化学デバイスの電極の材料に多孔質性材料を使用する場合であっても、細孔内に入り込む電解液又はアイオノマーのような電解材料の量が少なければ、電気化学デバイスの特性を向上させることができない。 However, even when a porous material is used as the electrode material of the electrochemical device, the characteristics of the electrochemical device can be improved if the amount of the electrolytic material such as the electrolytic solution or ionomer that enters the pores is small. I can't let you.

本発明者は、電気化学デバイスについて鋭意検討し、本発明を完成させた。本発明の目的は、電気化学デバイスの性能を向上させる構造体、及びその構造体を備えた電気化学デバイス、並びに構造体の評価支援方法を提供することにある。 The present inventor has diligently studied an electrochemical device and completed the present invention. An object of the present invention is to provide a structure for improving the performance of an electrochemical device, an electrochemical device provided with the structure, and a method for supporting evaluation of the structure.

本発明に係る構造体は、電解材料と、前記電解材料を担持する担持体とを備える。前記担持体は、複数の粒子を含み、前記複数の粒子の各々は、細孔を有している。また、体積磁化率に対する前記粒子の数の割合を示すグラフが、ピーク波形を含み、前記ピーク波形の半値幅とピーク値との比の値が、1.0×10-6未満を示す。The structure according to the present invention includes an electrolytic material and a carrier that supports the electrolytic material. The carrier contains a plurality of particles, and each of the plurality of particles has pores. Further, the graph showing the ratio of the number of particles to the volume magnetic susceptibility includes the peak waveform, and the value of the ratio of the half width to the peak value of the peak waveform is less than 1.0 × 10 -6.

ある実施形態において、前記ピーク波形の半値幅とピーク値との比の値は、0.3×10-6以下を示す。In one embodiment, the value of the ratio of the half width of the peak waveform to the peak value is 0.3 × 10 -6 or less.

ある実施形態において、前記ピーク波形の半値幅とピーク値との比の値は、0.1×10-6以下を示す。In one embodiment, the value of the ratio of the full width at half maximum to the peak value of the peak waveform is 0.1 × 10 -6 or less.

ある実施形態において、前記粒子の空隙率は、75以上を示す。 In certain embodiments, the porosity of the particles is 75 or greater.

ある実施形態において、前記粒子の空隙率は、80以上を示す。 In certain embodiments, the porosity of the particles is 80 or greater.

ある実施形態において、前記粒子の空隙率は、85以上を示す。 In certain embodiments, the porosity of the particles is 85 or greater.

ある実施形態において、前記電解材料は、リチウムイオンを含む。 In certain embodiments, the electrolytic material comprises lithium ions.

ある実施形態において、前記担持体は、アルカリ金属成分を担持する。 In certain embodiments, the carrier carries an alkali metal component.

ある実施形態において、前記担持体は、触媒を担持する。 In certain embodiments, the carrier carries a catalyst.

ある実施形態において、前記担持体は、界面活性剤を担持する。 In certain embodiments, the carrier carries a surfactant.

ある実施形態において、前記電解材料は、アイオノマーを含む。 In certain embodiments, the electrolytic material comprises an ionomer.

ある実施形態において、前記担持体は、炭素材料を含む。 In certain embodiments, the carrier comprises a carbon material.

ある実施形態において、前記担持体は、活性炭を含む。 In certain embodiments, the carrier comprises activated carbon.

本発明に係る電気化学デバイスは、上記の構造体を備える。 The electrochemical device according to the present invention includes the above-mentioned structure.

本発明に係る評価支援方法は、構造体を評価する作業を支援する。前記構造体は、電解材料と、前記電解材料を担持する担持体とを備える。前記担持体は、複数の粒子を含み、前記複数の粒子の各々は、細孔を有している。前記評価支援方法は、前記担持体から前記粒子を採取する工程と、前記粒子の体積磁化率を測定する工程と、前記体積磁化率に対する前記粒子の数の割合を示すグラフを作成する工程とを包含する。 The evaluation support method according to the present invention supports the work of evaluating a structure. The structure includes an electrolytic material and a carrier that supports the electrolytic material. The carrier contains a plurality of particles, and each of the plurality of particles has pores. The evaluation support method includes a step of collecting the particles from the carrier, a step of measuring the volume magnetic susceptibility of the particles, and a step of creating a graph showing the ratio of the number of the particles to the volume magnetic susceptibility. Include.

ある実施形態において、構造体の評価支援方法は、前記粒子の体積磁化率から前記粒子の空隙率を測定する工程を更に包含する。 In certain embodiments, the structure evaluation support method further includes the step of measuring the porosity of the particles from the volume magnetic susceptibility of the particles.

本発明によれば、電気化学デバイスの性能を向上させることができる。 According to the present invention, the performance of the electrochemical device can be improved.

(a)は、本発明の実施形態に係るリチウムイオンキャパシタの構成を示す図である。(b)は、本発明の実施形態に係る燃料電池の構成を示す図である。(A) is a figure which shows the structure of the lithium ion capacitor which concerns on embodiment of this invention. (B) is a figure which shows the structure of the fuel cell which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る分析装置の模式図である。It is a schematic diagram of the analyzer which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る粒子の動きを示す図である。It is a figure which shows the movement of the particle which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る分析装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the analyzer which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る構造体の評価支援方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the evaluation support method of the structure which concerns on embodiment of this invention. 実施例1の棒グラフを示す図である。It is a figure which shows the bar graph of Example 1. FIG. 実施例2の棒グラフを示す図である。It is a figure which shows the bar graph of Example 2. FIG. 比較例1の棒グラフを示す図である。It is a figure which shows the bar graph of the comparative example 1. FIG. 実施例1の粒子数グラフを示す図である。It is a figure which shows the particle number graph of Example 1. FIG. 実施例2の粒子数グラフを示す図である。It is a figure which shows the particle number graph of Example 2. 比較例1の粒子数グラフを示す図である。It is a figure which shows the particle number graph of the comparative example 1. FIG. 実施例3及び比較例2の粒子数グラフを示す図である。It is a figure which shows the particle number graph of Example 3 and Comparative Example 2.

以下、図面を参照して本発明に係る構造体、電気化学デバイス及び評価支援方法の実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されない。図中、同一又は相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the structure, electrochemical device, and evaluation support method according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In the figure, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals and the description is not repeated.

[構造体]
本実施形態に係る構造体は、電解材料と、担持体とを備える。電解材料は、典型的には、電解液又はアイオノマーである。本実施形態に係る構造体は、リチウムイオンキャパシタの正極、又は電気二重層キャパシタの正極及び負極に使用される。あるいは、本実施形態に係る構造体は、燃料電池の触媒層に使用される。
[Structure]
The structure according to the present embodiment includes an electrolytic material and a carrier. The electrolytic material is typically an electrolyte or ionomer. The structure according to this embodiment is used for the positive electrode of a lithium ion capacitor or the positive electrode and the negative electrode of an electric double layer capacitor. Alternatively, the structure according to the present embodiment is used for the catalyst layer of the fuel cell.

本実施形態に係る担持体は、複数の粒子を含み、複数の粒子の各々は、細孔を有している。具体的には、本実施形態に係る構造体が、リチウムイオンキャパシタの正極、又は電気二重層キャパシタの正極及び負極に使用される場合、担持体は、例えば活性炭のような多孔質の炭素材料を含む。また、本実施形態に係る構造体が燃料電池の触媒層に使用される場合、担持体は、例えばカーボンブラック(2次粒子)のような多孔質の炭素材料を含む。 The carrier according to the present embodiment contains a plurality of particles, and each of the plurality of particles has pores. Specifically, when the structure according to the present embodiment is used for the positive electrode of a lithium ion capacitor or the positive electrode and the negative electrode of an electric double layer capacitor, the carrier is a porous carbon material such as activated carbon. Including. Further, when the structure according to the present embodiment is used for the catalyst layer of a fuel cell, the carrier contains a porous carbon material such as carbon black (secondary particles).

本実施形態に係る担持体は、電解材料を担持する。詳しくは、担持体に含まれる各粒子の表面に形成された細孔や、担持体に含まれる各粒子間の隙間に電解材料が入り込むことにより、担持体が電解材料を担持する。また、担持体に含まれる各粒子の表面を電解材料が覆うことにより、担持体が電解材料を担持する。 The carrier according to this embodiment carries an electrolytic material. Specifically, the carrier supports the electrolytic material by entering the pores formed on the surface of each particle contained in the carrier and the gaps between the particles contained in the carrier. Further, by covering the surface of each particle contained in the carrier with the electrolytic material, the carrier supports the electrolytic material.

本実施形態に係る構造体は、担持体から採取した各粒子の体積磁化率を測定した場合、体積磁化率に対する粒子の数の割合を示すグラフが、有意なピーク波形を含む。更に、ピーク波形の半値幅とピーク値との比の値が、1.0×10-6未満を示す。以下、体積磁化率に対する粒子の数の割合を示すグラフを「粒子数グラフ」と記載する場合がある。また、ピーク波形の半値幅とピーク値との比の値を「ピーク波形の比の値」と記載する場合がある。ピーク波形の比の値は、以下の式(1)によって算出される。
比の値=半値幅/ピーク値・・・(1)
In the structure according to the present embodiment, when the volume magnetic susceptibility of each particle collected from the carrier is measured, the graph showing the ratio of the number of particles to the volume magnetic susceptibility includes a significant peak waveform. Further, the value of the ratio of the half width of the peak waveform to the peak value is less than 1.0 × 10 -6. Hereinafter, a graph showing the ratio of the number of particles to the volume magnetic susceptibility may be referred to as a “particle number graph”. Further, the value of the ratio of the half width of the peak waveform to the peak value may be described as "the value of the ratio of the peak waveform". The value of the peak waveform ratio is calculated by the following equation (1).
Ratio value = half width / peak value ... (1)

ピーク波形の比の値が特定の範囲に含まれることは、担持体から採取した粒子に担持されている電解材料の量がまんべんなく多いことを示す。詳しくは、担持されている電解材料の量が少ない場合、粒子数グラフは、有意なピーク波形を含まず、体積磁化率のばらつき、すなわち電解材料の担持量のばらつきに起因するブロードな波形となる。体積磁化率のばらつきは、粒子径のばらつきにも依存する。これに対し、ピーク波形の比の値が特定の範囲に含まれること、すなわち粒子数グラフが有意なピーク波形を含むことは、体積磁化率のばらつきが少ないこと、すなわち電解材料の担持量のばらつきが少ないことを示す。これは、担持されている電解材料の量が多い場合、粒子の体積磁化率に対して電解材料の体積磁化率が寄与する割合が高くなることに起因する。 The fact that the value of the ratio of the peak waveform is included in a specific range indicates that the amount of the electrolytic material supported on the particles collected from the carrier is evenly large. Specifically, when the amount of the electrolytic material carried is small, the particle number graph does not include a significant peak waveform and becomes a broad waveform due to the variation in the volume magnetic susceptibility, that is, the variation in the amount of the electrolytic material carried. .. The variation in volume magnetic susceptibility also depends on the variation in particle size. On the other hand, when the value of the ratio of the peak waveform is included in a specific range, that is, when the particle number graph includes a significant peak waveform, the variation in the volume magnetic susceptibility is small, that is, the variation in the amount of the electrolytic material supported. Indicates that there are few. This is because when the amount of the electrolytic material carried is large, the ratio of the volume susceptibility of the electrolytic material contributing to the volume susceptibility of the particles becomes high.

本実施形態に係る構造体によれば、ピーク波形の半値幅とピーク値との比の値が、1.0×10-6未満を示す。このことは、担持体が担持する電解材料の量がまんべんなく多いことを示す。したがって、本実施形態に係る構造体は、電気化学デバイスの特性を向上させることができる。具体的には、本実施形態に係る構造体をリチウムイオンキャパシタの正極に使用した場合、リチウムイオンキャパシタの静電容量を高めることができる。同様に、本実施形態に係る構造体を電気二重層キャパシタの正極及び負極に使用した場合、電気二重層キャパシタの静電容量を高めることができる。また、本実施形態に係る構造体を燃料電池の触媒層に使用した場合、燃料電池の電流密度を高めることができる。According to the structure according to the present embodiment, the value of the ratio of the half width of the peak waveform to the peak value is less than 1.0 × 10 -6. This indicates that the amount of electrolytic material carried by the carrier is evenly large. Therefore, the structure according to the present embodiment can improve the characteristics of the electrochemical device. Specifically, when the structure according to the present embodiment is used for the positive electrode of the lithium ion capacitor, the capacitance of the lithium ion capacitor can be increased. Similarly, when the structure according to the present embodiment is used for the positive electrode and the negative electrode of the electric double layer capacitor, the capacitance of the electric double layer capacitor can be increased. Further, when the structure according to the present embodiment is used for the catalyst layer of the fuel cell, the current density of the fuel cell can be increased.

なお、ピーク波形の比の値は、0.3×10-6以下を示すことが好ましく、0.1×10-6以下を示すことが更に好ましい。ピーク波形の比の値が0.3×10-6以下であることは、体積磁化率のばらつきがより小さいことを示し、ピーク波形の比の値が0.1×10-6以下であることは、体積磁化率のばらつきが更に小さいことを示す。体積磁化率のばらつきが小さいほど、担持体が担持する電解材料の量が多くなり、電気化学デバイスの特性をより向上させることができる。The value of the peak waveform ratio is preferably 0.3 × 10 -6 or less, and more preferably 0.1 × 10 -6 or less. A peak waveform ratio value of 0.3 × 10 -6 or less indicates that the variation in volume magnetic susceptibility is small, and a peak waveform ratio value of 0.1 × 10 -6 or less. Indicates that the variation in volume magnetic susceptibility is even smaller. The smaller the variation in the volume magnetic susceptibility, the larger the amount of electrolytic material carried by the carrier, and the more the characteristics of the electrochemical device can be improved.

更に、本実施形態に係る構造体において、担持体から採取した各粒子の空隙率は、75以上を示すことが好ましい。空隙率が75以上を示す場合、電解材料の担持量が多くなる可能性が高くなる。なお、空隙率は、80以上を示すことがより好ましく、85以上を示すことが更に好ましい。空隙率が高いほど、電解材料の担持量が多くなる可能性がより高くなる。 Further, in the structure according to the present embodiment, the porosity of each particle collected from the carrier is preferably 75 or more. When the porosity is 75 or more, the amount of the electrolytic material supported is likely to increase. The porosity is more preferably 80 or more, and further preferably 85 or more. The higher the porosity, the more likely it is that the amount of electrolytic material supported will increase.

空隙率は、担持体から採取した各粒子を溶媒のような媒体に分散させて測定する。具体的には、空隙率は、担持体から採取した各粒子に入り込んでいた電解材料の体積(%)と、空隙率の測定時に各粒子に入り込んだ媒体の体積(%)との合計の平均値を示す。電解材料の体積(%)は、粒子の体積に対する電解材料の体積(粒子に入り込んだ電解材料の体積)の割合を示す。媒体の体積(%)は、粒子の体積に対する媒体の体積(粒子に入り込んだ媒体の体積)の割合を示す。電解材料の体積と媒体の体積との合計体積は、粒子の細孔に入り込んだ電解材料及び媒体の体積を含む。粒子が凝集体である場合、電解材料の体積と媒体の体積との合計体積は、凝集体を構成する各粒子の細孔に入り込んだ電解材料及び媒体の体積と、凝集体を構成する各粒子間に入り込んだ電解材料及び媒体の体積とを含む。 The porosity is measured by dispersing each particle collected from the carrier in a medium such as a solvent. Specifically, the porosity is the average of the volume (%) of the electrolytic material that has entered each particle collected from the carrier and the volume (%) of the medium that has entered each particle when measuring the porosity. Indicates a value. The volume (%) of the electrolytic material indicates the ratio of the volume of the electrolytic material (the volume of the electrolytic material that has entered the particles) to the volume of the particles. The volume of the medium (%) indicates the ratio of the volume of the medium (the volume of the medium that has entered the particles) to the volume of the particles. The total volume of the volume of the electrolytic material and the volume of the medium includes the volume of the electrolytic material and the medium that have entered the pores of the particles. When the particles are aggregates, the total volume of the volume of the electrolytic material and the volume of the medium is the volume of the electrolytic material and the medium that has entered the pores of each particle constituting the aggregate, and each particle constituting the aggregate. Includes the intervening electrolytic material and the volume of the medium.

空隙率Pは以下の式に基づいて算出される。
P=(Vc+Vm)/Vp=(Vc+Vm)/(Vb+Vc+Vm)
The porosity P is calculated based on the following formula.
P = (Vc + Vm) / Vp = (Vc + Vm) / (Vb + Vc + Vm)

上記の式において、Vcは電解材料の体積を示し、Vmは媒体の体積を示し、Vpは粒子の体積を示し、Vbは粒子の本体部分の体積を示す。粒子の本体部分の体積Vbは、電解材料及び媒体が入り込んでいない粒子の体積を示す。測定対象の粒子が凝集体である場合、粒子の本体部分の体積Vbは、凝集体を構成する各粒子の本体部分の体積の合計値を示す。 In the above formula, Vc indicates the volume of the electrolytic material, Vm indicates the volume of the medium, Vp indicates the volume of the particles, and Vb indicates the volume of the main body portion of the particles. The volume Vb of the main body portion of the particles indicates the volume of the particles in which the electrolytic material and the medium have not entered. When the particles to be measured are aggregates, the volume Vb of the main body portion of the particles indicates the total value of the volumes of the main body portions of each particle constituting the aggregate.

あるいは、空隙率Pは、電解材料と媒体とが同じ材料である場合、電解材料の体積Vcは媒体の体積Vmに含まれているものとして、以下の式に基づいて算出されてもよい。換言すると、空隙率Pとして、媒体の体積(%)を使用してもよい。
P=Vm/Vp
Alternatively, the porosity P may be calculated based on the following formula, assuming that the volume Vc of the electrolytic material is included in the volume Vm of the medium when the electrolytic material and the medium are the same material. In other words, the volume (%) of the medium may be used as the porosity P.
P = Vm / Vp

[電気化学デバイス]
続いて図1(a)及び図1(b)を参照して、本実施形態に係る電気化学デバイスについて、リチウムイオンキャパシタ、及び燃料電池を例に説明する。なお、電気二重層キャパシタは、リチウムイオンキャパシタと比べて負極の構造が異なるが、他の部分の構造はリチウムイオンキャパシタと同様である上、電気二重層キャパシタの負極の構造は、リチウムイオンキャパシタの正極の構造と同様である。したがって、電気二重層キャパシタの説明は割愛する。
[Electrochemical device]
Subsequently, with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b), the electrochemical device according to the present embodiment will be described by taking a lithium ion capacitor and a fuel cell as an example. The structure of the negative electrode of the electric double layer capacitor is different from that of the lithium ion capacitor, but the structure of other parts is the same as that of the lithium ion capacitor, and the structure of the negative electrode of the electric double layer capacitor is that of the lithium ion capacitor. It has the same structure as the positive electrode. Therefore, the description of the electric double layer capacitor is omitted.

[リチウムイオンキャパシタ]
図1(a)は、本実施形態に係るリチウムイオンキャパシタ10の構成を示す図である。図1(a)に示すように、リチウムイオンキャパシタ10は、正極20、負極30、及びセパレータ40を備える。
[Lithium ion capacitor]
FIG. 1A is a diagram showing a configuration of a lithium ion capacitor 10 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1A, the lithium ion capacitor 10 includes a positive electrode 20, a negative electrode 30, and a separator 40.

正極20は、集電体21と、電極層22とを備える。電極層22は、集電体21の表面に形成される。電極層22は、多孔質の炭素材料を含み、アニオン及びカチオンを吸脱着する。炭素材料は、多孔質である限り特に制限されず、例えば、活性炭、カーボン繊維、グラフェン又はカーボンナノチューブ等であり得る。詳しくは、電極層22は、炭素材料、結着剤、及び導電助剤等を含み得る。電極層22は、炭素材料、結着剤、及び導電助剤等を混合して調製したペーストを集電体21の表面に塗工して、集電体21の表面に形成する。 The positive electrode 20 includes a current collector 21 and an electrode layer 22. The electrode layer 22 is formed on the surface of the current collector 21. The electrode layer 22 contains a porous carbon material and absorbs and desorbs anions and cations. The carbon material is not particularly limited as long as it is porous, and may be, for example, activated carbon, carbon fiber, graphene, carbon nanotubes, or the like. Specifically, the electrode layer 22 may include a carbon material, a binder, a conductive auxiliary agent, and the like. The electrode layer 22 is formed on the surface of the current collector 21 by applying a paste prepared by mixing a carbon material, a binder, a conductive auxiliary agent, and the like to the surface of the current collector 21.

負極30は、集電体31と、電極層32とを備える。電極層32は、集電体31の表面に形成される。電極層32は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵及び放出できる電極活物質を含む。詳しくは、電極層32は、電極活物質、結着剤、及び導電助剤等を含み得る。電極活物質には、炭素材料を使用することが好ましい。電極層32は、電極活物質、結着剤、及び導電助剤等を混合して調製したペーストを集電体31の表面に塗工した後、プレドープ工程によって電極活物質にリチウムイオンを担持させることにより、集電体31の表面に形成される。 The negative electrode 30 includes a current collector 31 and an electrode layer 32. The electrode layer 32 is formed on the surface of the current collector 31. The electrode layer 32 contains an electrode active material capable of reversibly occluding and releasing lithium ions. Specifically, the electrode layer 32 may include an electrode active material, a binder, a conductive auxiliary agent, and the like. It is preferable to use a carbon material as the electrode active material. In the electrode layer 32, a paste prepared by mixing an electrode active material, a binder, a conductive auxiliary agent, and the like is applied to the surface of the current collector 31, and then lithium ions are supported on the electrode active material by a predoping step. As a result, it is formed on the surface of the current collector 31.

セパレータ40は、正極20と負極30との間に配置される。一般的に、セパレータ40は、正極20の電極層22及び負極30の電極層32に隣接する。リチウムイオンキャパシタ10は、正極20、負極30及びセパレータ40が電解液に浸漬された構成を有する。電解液は、リチウムイオンを含む限り特に限定されないが、リチウム塩を溶解した非水系有機電解液が好ましい。 The separator 40 is arranged between the positive electrode 20 and the negative electrode 30. Generally, the separator 40 is adjacent to the electrode layer 22 of the positive electrode 20 and the electrode layer 32 of the negative electrode 30. The lithium ion capacitor 10 has a configuration in which a positive electrode 20, a negative electrode 30, and a separator 40 are immersed in an electrolytic solution. The electrolytic solution is not particularly limited as long as it contains lithium ions, but a non-aqueous organic electrolytic solution in which a lithium salt is dissolved is preferable.

正極20の電極層22が、アルカリ賦活法によって製造された活性炭を含む場合、電極層22の炭素材料(担持体)は、アルカリ金属成分を更に担持してもよい。例えば、賦活処理に水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムが使用された場合、カリウムイオン又はナトリウムイオンが電極層22の炭素材料(担持体)によって担持され得る。 When the electrode layer 22 of the positive electrode 20 contains activated carbon produced by the alkali activation method, the carbon material (supporter) of the electrode layer 22 may further support an alkali metal component. For example, when potassium hydroxide or sodium hydroxide is used for the activation treatment, potassium ions or sodium ions can be supported by the carbon material (carrier) of the electrode layer 22.

本実施形態に係るリチウムイオンキャパシタ10において、正極20の電極層22は、本発明の構造体の一例であり、正極20の電極層22の炭素材料は、本発明の担持体の一例である。詳しくは、電極層22の炭素材料は多孔質であり、細孔内に入り込んだ電解液が、炭素材料によって担持される。また、電極層22に含まれる各炭素材料間に入り込んだ電解液が、炭素材料によって担持される。 In the lithium ion capacitor 10 according to the present embodiment, the electrode layer 22 of the positive electrode 20 is an example of the structure of the present invention, and the carbon material of the electrode layer 22 of the positive electrode 20 is an example of the carrier of the present invention. Specifically, the carbon material of the electrode layer 22 is porous, and the electrolytic solution that has entered the pores is supported by the carbon material. Further, the electrolytic solution that has entered between the carbon materials contained in the electrode layer 22 is supported by the carbon materials.

[燃料電池]
図1(b)は、本実施形態に係る燃料電池50の構成を示す図である。詳しくは、図1(b)は、本実施形態に係る固体高分子型燃料電池の構成を示す。図1(b)に示すように、燃料電池50は、セパレータ51、ガス拡散層52、アノード電極触媒層53(燃料極)、固体高分子電解質膜54、及びカソード電極触媒層55(空気極)を備える。
[Fuel cell]
FIG. 1B is a diagram showing a configuration of a fuel cell 50 according to the present embodiment. Specifically, FIG. 1B shows the configuration of the polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment. As shown in FIG. 1 (b), the fuel cell 50 includes a separator 51, a gas diffusion layer 52, an anode electrode catalyst layer 53 (fuel electrode), a solid polymer electrolyte membrane 54, and a cathode electrode catalyst layer 55 (air electrode). To be equipped with.

触媒層53、55は、アイオノマー及び触媒を担持させた炭素材料を含む。炭素材料は、多孔質である限り特に制限されず、例えば、アセチレンブラックのようなカーボンブラック、活性炭、カーボン繊維、グラフェン又はカーボンナノチューブ等であり得る。触媒は、燃料電池の燃料極及び空気極において電池反応を起こさせるものであれば特に限定されないが、白金又は遷移金属が好ましい。 The catalyst layers 53 and 55 contain an ionomer and a carbon material carrying a catalyst. The carbon material is not particularly limited as long as it is porous, and may be, for example, carbon black such as acetylene black, activated carbon, carbon fiber, graphene, carbon nanotubes, or the like. The catalyst is not particularly limited as long as it causes a battery reaction at the fuel electrode and the air electrode of the fuel cell, but platinum or a transition metal is preferable.

本実施形態において、触媒層53、55の炭素材料は、電解材料として、アイオノマーを担持する。アイオノマーは、炭素材料の表面を覆い、導電パスとして機能する。 In the present embodiment, the carbon materials of the catalyst layers 53 and 55 carry ionomers as the electrolytic material. The ionomer covers the surface of the carbon material and functions as a conductive path.

触媒層53、55の炭素材料は、界面活性剤を更に担持してもよい。炭素材料が界面活性剤を担持することにより、アイオノマー及び触媒が炭素材料の細孔内に入り込み易くなる。界面活性剤は、特に制限されず、例えば、エステル型やエーテル型、エステル・エーテル型等の種々の非イオン系界面活性剤を使用し得る。 The carbon materials of the catalyst layers 53 and 55 may further carry a surfactant. The support of the surfactant on the carbon material facilitates the ionomer and catalyst to enter the pores of the carbon material. The surfactant is not particularly limited, and for example, various nonionic surfactants such as an ester type, an ether type, and an ester ether type can be used.

本実施形態に係る燃料電池50において、触媒層53、55は本発明の構造体の一例であり、触媒層53、55の炭素材料は、本発明の担持体の一例である。詳しくは、触媒層53、55の炭素材料は多孔質であり、細孔内に入り込んだアイオノマーが、炭素材料によって担持される。また、炭素材料の表面を覆うアイオノマーが、炭素材料によって担持される。 In the fuel cell 50 according to the present embodiment, the catalyst layers 53 and 55 are examples of the structure of the present invention, and the carbon material of the catalyst layers 53 and 55 is an example of the carrier of the present invention. Specifically, the carbon materials of the catalyst layers 53 and 55 are porous, and the ionomers that have entered the pores are supported by the carbon materials. In addition, an ionomer covering the surface of the carbon material is supported by the carbon material.

なお、本実施形態に係る構造体は、リチウムイオンキャパシタの正極、電気二重層キャパシタの正極及び負極、並びに燃料電池の触媒層にのみ使用されるものではなく、細孔を有する複数の粒子(担持体)が電解材料を担持する構造である限り、種々の電極部材に使用し得る。 The structure according to the present embodiment is not used only for the positive electrode of the lithium ion capacitor, the positive electrode and the negative electrode of the electric double layer capacitor, and the catalyst layer of the fuel cell, and a plurality of particles having pores (supported). As long as the body) has a structure that supports an electrolytic material, it can be used for various electrode members.

[分析装置]
続いて図2〜図4を参照して、本実施形態に係る分析装置100について説明する。本実施形態に係る分析装置100は、個々の粒子の体積磁化率及び空隙率を測定する。
[Analysis equipment]
Subsequently, the analyzer 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 4. The analyzer 100 according to this embodiment measures the volume magnetic susceptibility and porosity of individual particles.

図2は、本実施形態に係る分析装置100の模式図である。本実施形態において、分析装置100は、電気化学デバイスの電極部材から採取した粒子の個々の体積磁化率及び空隙率を測定する。分析装置100は、磁場生成部200と、観察部300と、情報処理部400とを備える。磁場生成部200の近傍にセル201が配置される。 FIG. 2 is a schematic view of the analyzer 100 according to the present embodiment. In this embodiment, the analyzer 100 measures the individual volume magnetic susceptibility and porosity of the particles collected from the electrode members of the electrochemical device. The analyzer 100 includes a magnetic field generation unit 200, an observation unit 300, and an information processing unit 400. The cell 201 is arranged in the vicinity of the magnetic field generation unit 200.

磁場生成部200は、磁場を生成してセル201内の粒子pを磁気泳動させる。観察部300は、セル201内の粒子pを観察する。情報処理部400は、観察部300による観察の結果から、粒子pの粒子径及び磁気泳動速度を測定し、測定した粒子径及び磁気泳動速度に基づいて、粒子pの体積磁化率を測定する。また、情報処理部400は、粒子pの体積磁化率に基づいて、粒子pの空隙率を測定する。更に、情報処理部400は、体積磁化率に対する粒子の数の割合を示すグラフ(粒子数グラフ)を作成する。以下、分析装置100について更に詳細に説明する。 The magnetic field generation unit 200 generates a magnetic field to magnetically run the particles p in the cell 201. The observation unit 300 observes the particle p in the cell 201. The information processing unit 400 measures the particle size and the magnetic susceptibility of the particle p from the result of the observation by the observation unit 300, and measures the volume magnetic susceptibility of the particle p based on the measured particle size and the magnetic susceptibility. Further, the information processing unit 400 measures the porosity of the particle p based on the volume magnetic susceptibility of the particle p. Further, the information processing unit 400 creates a graph (particle number graph) showing the ratio of the number of particles to the volume magnetic susceptibility. Hereinafter, the analyzer 100 will be described in more detail.

磁場生成部200は、磁場勾配(磁束密度の勾配)を生成して、セル201内の粒子pに磁気力を作用させる。この結果、粒子pが磁気泳動する。本実施形態において、磁場生成部200は、磁場勾配を生成する一対の永久磁石を備える。一対の永久磁石を構成する2つの永久磁石は、例えば100μm以上500μm以下の一定距離の空隙を空けて配置される。セル201は、2つの永久磁石の間の空隙に配置される。 The magnetic field generation unit 200 generates a magnetic field gradient (gradient of magnetic flux density) to apply a magnetic force to the particles p in the cell 201. As a result, the particle p is magnetically electrophoresed. In this embodiment, the magnetic field generator 200 includes a pair of permanent magnets that generate a magnetic field gradient. The two permanent magnets constituting the pair of permanent magnets are arranged, for example, with a gap of 100 μm or more and 500 μm or less at a certain distance. The cell 201 is arranged in the gap between the two permanent magnets.

本実施形態において、セル201はキャピラリー管である。セル201の材質は、可視光あるいはレーザー光を透過し得る材質であれば特に限定されない。例えば、セル201は、ガラス製あるいはプラスチック製であり得る。 In this embodiment, cell 201 is a capillary tube. The material of the cell 201 is not particularly limited as long as it is a material capable of transmitting visible light or laser light. For example, cell 201 can be made of glass or plastic.

粒子pは、媒体m中に存在する。媒体m中に1つの粒子pが存在してもよいし、媒体m中に複数の粒子pが存在してもよい。媒体m中に複数の粒子pが存在する場合、複数の粒子pは、媒体m中で分散していてもよいし、媒体m中で偏在していてもよい。媒体mは、液体であってもよく、気体であってもよい。媒体mは、例えば、プロピレンカーボネート又はアセトニトリルであり得る。あるいは、媒体mは、例えば空気であり得る。なお、媒体mは、電解材料の成分、すなわちアイオノマーの成分又は電解液の成分を含んでもよいし、含まなくてもよい。 The particle p is present in the medium m. One particle p may be present in the medium m, or a plurality of particles p may be present in the medium m. When a plurality of particles p are present in the medium m, the plurality of particles p may be dispersed in the medium m or unevenly distributed in the medium m. The medium m may be a liquid or a gas. The medium m can be, for example, propylene carbonate or acetonitrile. Alternatively, the medium m can be, for example, air. The medium m may or may not contain a component of the electrolytic material, that is, a component of the ionomer or a component of the electrolytic solution.

粒子pは、例えばマイクロシリンジ、マイクロポンプ、又はオートサンプラーにより、媒体mと共にセル201に導入される。あるいは、粒子pは、サイフォンの原理に基づいて、媒体mと共にセル201に導入され得る。あるいは、粒子pを含む液滴を毛細管現象によってセル201(キャピラリー管)に導入してもよい。粒子pを含む液滴がキャピラリー管の一方端に滴下されると、毛細管現象によって液滴がキャピラリー管を流れる。 The particles p are introduced into cell 201 together with the medium m by, for example, a microsyringe, a micropump, or an autosampler. Alternatively, the particle p can be introduced into cell 201 along with the medium m, based on the siphon principle. Alternatively, a droplet containing the particle p may be introduced into the cell 201 (capillary tube) by a capillary phenomenon. When a droplet containing the particle p is dropped on one end of the capillary tube, the droplet flows through the capillary tube due to the capillary phenomenon.

観察部300は、セル201内の粒子pを観察して、観察結果を示す信号を生成する。情報処理部400は、観察部300が生成する信号に基づいて、粒子pの粒子径及び磁気泳動速度を測定する。情報処理部400は、記憶装置401と、処理装置402と、表示装置403とを備える。情報処理部400は、典型的には、パーソナルコンピューターのような汎用コンピューターである。 The observation unit 300 observes the particle p in the cell 201 and generates a signal indicating the observation result. The information processing unit 400 measures the particle size and the magnetic migration speed of the particle p based on the signal generated by the observation unit 300. The information processing unit 400 includes a storage device 401, a processing device 402, and a display device 403. The information processing unit 400 is typically a general-purpose computer such as a personal computer.

記憶装置401は、プログラム及び設定情報などを記憶する。記憶装置401は、例えば、ストレージデバイス及び半導体メモリーによって構成され得る。ストレージデバイスは、例えば、HDD(Hard Disk Drive)である。記憶装置401は、半導体メモリーとして、例えば、RAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)を有し得る。 The storage device 401 stores programs, setting information, and the like. The storage device 401 may be composed of, for example, a storage device and a semiconductor memory. The storage device is, for example, an HDD (Hard Disk Drive). The storage device 401 may have, for example, a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory) as the semiconductor memory.

処理装置402は、記憶装置401に記憶されたプログラムを実行することによって、数値計算や情報処理、機器制御のような様々な処理を行う。処理装置402は、例えばCPU(Central Processing Unit)のようなプロセッサーによって構成される。 The processing device 402 performs various processes such as numerical calculation, information processing, and device control by executing the program stored in the storage device 401. The processing device 402 is configured by a processor such as a CPU (Central Processing Unit), for example.

表示装置403は、例えば液晶ディスプレー又は有機ELディスプレーのようなディスプレーを含む。表示装置403は、処理装置402によって制御されて、各種の画像及び各種の画面を表示する。本実施形態において、表示装置403は、粒子数グラフを表示する。 The display device 403 includes a display such as a liquid crystal display or an organic EL display. The display device 403 is controlled by the processing device 402 to display various images and various screens. In the present embodiment, the display device 403 displays a particle number graph.

処理装置402は、観察部300の観察結果から、セル201内における粒子pの位置の時間的な変化を取得する。例えば、処理装置402は、所定の時間間隔ごとに、セル201内における粒子pの位置を測定する。換言すると、異なる時刻の粒子pの位置を測定する。処理装置402は、粒子pの位置の時間的な変化から、粒子pの磁気泳動速度を測定する。 The processing device 402 acquires a temporal change in the position of the particle p in the cell 201 from the observation result of the observation unit 300. For example, the processing apparatus 402 measures the position of the particle p in the cell 201 at predetermined time intervals. In other words, the position of the particle p at different times is measured. The processing apparatus 402 measures the magnetic migration rate of the particle p from the temporal change of the position of the particle p.

また、処理装置402は、観察部300が生成する信号から、粒子pの粒子径を測定する。処理装置402は、更に、粒子pの粒子径及び磁気泳動速度に基づいて、粒子pの体積磁化率を測定する。 Further, the processing device 402 measures the particle size of the particle p from the signal generated by the observation unit 300. The processing apparatus 402 further measures the volume magnetic susceptibility of the particle p based on the particle size and the magnetic migration speed of the particle p.

例えば、処理装置402は、以下の式(2)に基づいて、粒子pの体積磁化率を算出する。
v={2(χp−χm)r2/9ημo}B(dB/dx)・・・(2)
For example, the processing apparatus 402 calculates the volume magnetic susceptibility of the particle p based on the following equation (2).
v = {2 (χp-χm) r 2 / 9ημ o } B (dB / dx) ... (2)

式(2)において、vは粒子pの磁気泳動速度であり、χpは粒子pの体積磁化率であり、χmは媒体mの体積磁化率であり、rは粒子pの半径であり、ηは媒体mの粘性率であり、μoは真空の透磁率であり、Bは磁束密度であり、dB/dxは磁場勾配(磁束密度の勾配)である。なお、式(2)は、セル201(キャピラリー管)の軸方向(x方向)において粒子p及び媒体mが受ける磁気力の差と、粘性抵抗力とがほぼ等しいことから導かれる。In equation (2), v is the magnetic permeability of the particle p, χp is the volume magnetic susceptibility of the particle p, χm is the volume magnetic susceptibility of the medium m, r is the radius of the particle p, and η is. The viscosity of the medium m, μ o is the magnetic permeability of the vacuum, B is the magnetic flux density, and dB / dx is the magnetic flux gradient (gradient of the magnetic flux density). The equation (2) is derived from the fact that the difference in magnetic force received by the particle p and the medium m in the axial direction (x direction) of the cell 201 (capillary tube) is substantially equal to the viscous resistance force.

なお、粒子pの磁気泳動速度v及び体積磁化率χpは、処理装置402が測定した測定値である。粒子pの半径rは、例えば、処理装置402が、測定した粒子pの粒子径から算出する。媒体mの体積磁化率χm、媒体mの粘性率η、真空の透磁率μo、磁束密度B、及び磁場勾配dB/dxは、記憶装置401に予め記憶されている。例えば、分析者は、キーボード、マウス又はタッチディスプレイのような入力装置を操作して、媒体mの体積磁化率χm、媒体mの粘性率η、真空の透磁率μo、磁束密度B、及び磁場勾配dB/dxを記憶装置401に記憶させることができる。媒体mの体積磁化率χm、媒体mの粘性率η、真空の透磁率μoは、例えば文献値である。磁束密度B、及び磁場勾配dB/dxは、例えば測定値である。The magnetic migration speed v and the volume magnetic susceptibility χp of the particle p are measured values measured by the processing apparatus 402. The radius r of the particle p is calculated from, for example, the particle diameter of the particle p measured by the processing apparatus 402. The volume magnetic susceptibility χm of the medium m, the viscosity η of the medium m, the magnetic permeability μ o of the vacuum, the magnetic flux density B, and the magnetic field gradient dB / dx are stored in advance in the storage device 401. For example, an analyst operates an input device such as a keyboard, mouse or touch display to operate a medium m with a volume magnetic susceptibility χm, a medium m with a viscosity η, a vacuum magnetic permeability μ o , a magnetic flux density B, and a magnetic field. The gradient dB / dx can be stored in the storage device 401. The volume magnetic susceptibility χm of the medium m, the viscosity η of the medium m, and the magnetic permeability μ o of the vacuum are, for example, literature values. The magnetic flux density B and the magnetic field gradient dB / dx are, for example, measured values.

処理装置402は、電気化学デバイスの電極部材から採取した粒子の個々の体積磁化率を測定すると、測定結果を示すデータを記憶装置401に記憶させる。処理装置402は、測定結果を示すデータに基づいて、粒子数グラフを作成し、表示装置403に表示させる。 When the processing device 402 measures the individual volume magnetic susceptibility of the particles collected from the electrode member of the electrochemical device, the processing device 402 stores the data indicating the measurement result in the storage device 401. The processing device 402 creates a particle number graph based on the data indicating the measurement result and displays it on the display device 403.

処理装置402は、更に、電気化学デバイスの電極部材から採取した粒子の個々の空隙率を測定する。具体的には、電気化学デバイスの電極部材から採取した粒子は、電解材料を担持している。空隙率を測定する場合、電気化学デバイスの電極部材から採取した粒子と同じ種類の粒子を用意する。換言すると、電解材料を担持していない粒子を用意する。そして、電気化学デバイスの電極部材から採取した粒子の体積磁化率及び粒子径の測定に加えて、電解材料を担持していない粒子の体積磁化率及び粒子径の測定を行う。 The processing apparatus 402 further measures the individual porosity of the particles collected from the electrode members of the electrochemical device. Specifically, the particles collected from the electrode members of the electrochemical device carry an electrolytic material. When measuring the porosity, prepare particles of the same type as those collected from the electrode members of the electrochemical device. In other words, particles that do not carry an electrolytic material are prepared. Then, in addition to measuring the volume magnetic susceptibility and the particle size of the particles collected from the electrode member of the electrochemical device, the volume magnetic susceptibility and the particle size of the particles that do not carry the electrolytic material are measured.

多孔質の粒子p、すなわち細孔を有する粒子pは、電解材料を担持していない場合、本体部分bと、空隙部分s1とに分けることができる。この場合、空隙部分s1の体積(%)は、以下の式(3)で表すことができる。
P1=Vs1/Vp=Vs1/(Vb+Vs1)・・・(3)
The porous particles p, that is, the particles p having pores, can be divided into a main body portion b and a void portion s1 when the electrolytic material is not supported. In this case, the volume (%) of the void portion s1 can be expressed by the following formula (3).
P1 = Vs1 / Vp = Vs1 / (Vb + Vs1) ... (3)

式(3)において、P1は粒子pの空隙部分s1の体積(%)であり、Vs1は粒子pの空隙部分s1の体積であり、Vpは粒子pの体積であり、Vbは粒子pの本体部分bの体積である。粒子pの体積Vpは、以下の式(4)に示すように、粒子pの本体部分bの体積と、粒子pの空隙部分s1の体積との和で表すことができる。なお、粒子pが凝集体である場合、粒子pの空隙部分s1の体積Vs1は、凝集体を構成する各粒子に形成されている細孔の体積の合計値と、凝集体を構成する各粒子間の隙間の体積とを合計した値を示す。
Vp=Vb+Vs1・・・(4)
In the formula (3), P1 is the volume (%) of the void portion s1 of the particle p, Vs1 is the volume of the void portion s1 of the particle p, Vp is the volume of the particle p, and Vb is the main body of the particle p. It is the volume of the part b. As shown in the following formula (4), the volume Vp of the particle p can be expressed by the sum of the volume of the main body portion b of the particle p and the volume of the void portion s1 of the particle p. When the particles p are aggregates, the volume Vs1 of the void portion s1 of the particles p is the total value of the volumes of the pores formed in each particle constituting the aggregate and each particle constituting the aggregate. The total value of the volume of the gap between them is shown.
Vp = Vb + Vs1 ... (4)

粒子pの空隙部分s1に媒体mが充填されている場合、体積磁化率と体積との積の関係は、以下の式(5)の関係を示す。
χpVp=χbVb+χmVs1・・・(5)
When the void portion s1 of the particle p is filled with the medium m, the relationship between the volume magnetic susceptibility and the product of the volume shows the relationship of the following equation (5).
χpVp = χbVb + χmVs1 ... (5)

式(5)において、χpは粒子pの体積磁化率であり、χbは粒子pの本体部分bの体積磁化率であり、χmは媒体mの体積磁化率である。なお、粒子pが凝集体である場合、粒子pの本体部分の体積磁化率は、凝集体を構成する粒子の本体部分の体積磁化率を示す。 In the formula (5), χp is the volume susceptibility of the particle p, χb is the volume susceptibility of the main body portion b of the particle p, and χm is the volume susceptibility of the medium m. When the particle p is an agglomerate, the volume magnetic susceptibility of the main body portion of the particle p indicates the volume magnetic susceptibility of the main body portion of the particles constituting the agglomerate.

上記の式(3)〜式(5)に基づき、式(3)は、以下の式(6)に変換することができる。本実施形態において、処理装置402は、以下の式(6)に基づき、粒子pの空隙部分s1の体積(%)を測定する。換言すると、処理装置402は、粒子pに入り込んだ媒体の体積(%)を測定する。処理装置402は、粒子pの空隙部分s1の体積(%)を測定すると、測定結果を示すデータを記憶装置401に記憶させる。
P1=(χp−χb)/(χm−χb)・・・(6)
Based on the above equations (3) to (5), the equation (3) can be converted into the following equation (6). In the present embodiment, the processing apparatus 402 measures the volume (%) of the void portion s1 of the particle p based on the following formula (6). In other words, the processing apparatus 402 measures the volume (%) of the medium that has entered the particles p. When the processing device 402 measures the volume (%) of the void portion s1 of the particles p, the processing device 402 stores data indicating the measurement result in the storage device 401.
P1 = (χp-χb) / (χm-χb) ... (6)

なお、粒子pの体積磁化率χpは、処理装置402が測定した測定値である。粒子pの本体部分bの体積磁化率χb、及び媒体mの体積磁化率χmは、記憶装置401に予め記憶されている。例えば、分析者は、入力装置を操作して、粒子pの本体部分bの体積磁化率χb、及び媒体mの体積磁化率χmを記憶装置401に記憶させることができる。粒子pの本体部分bの体積磁化率χb、及び媒体mの体積磁化率χmは、例えば文献値である。 The volume magnetic susceptibility χp of the particle p is a measured value measured by the processing apparatus 402. The volume magnetic susceptibility χb of the main body portion b of the particle p and the volume magnetic susceptibility χm of the medium m are stored in advance in the storage device 401. For example, the analyst can operate the input device to store the volume magnetic susceptibility χb of the main body portion b of the particle p and the volume magnetic susceptibility χm of the medium m in the storage device 401. The volume magnetic susceptibility χb of the main body portion b of the particle p and the volume magnetic susceptibility χm of the medium m are, for example, literature values.

また、上記式(3)より、粒子pの空隙部分s1の体積Vs1、すなわち粒子pに入り込んだ媒体mの体積Vm1は、以下の式(7)で表すことができる。
Vm1=Vs1=P1×Vp・・・(7)
Further, from the above formula (3), the volume Vs1 of the void portion s1 of the particle p, that is, the volume Vm1 of the medium m that has entered the particle p can be expressed by the following formula (7).
Vm1 = Vs1 = P1 × Vp ... (7)

したがって、上記式(4)は、以下の式(8)に変換することができる。
Vp=Vb+Vs1=Vb+P1×Vp・・・(8)
Therefore, the above equation (4) can be converted into the following equation (8).
Vp = Vb + Vs1 = Vb + P1 × Vp ... (8)

よって、粒子pの本体部分bの体積Vbは、以下の式(9)で表すことができる。
Vb=Vp−Vs1=Vp−P1×Vp・・・(9)
Therefore, the volume Vb of the main body portion b of the particle p can be expressed by the following equation (9).
Vb = Vp-Vs1 = Vp-P1 × Vp ... (9)

処理装置402は、上記式(9)に基づいて、粒子pの本体部分bの体積Vbを測定し、測定結果を示すデータを記憶装置401に記憶させる。あるいは、分析者が、上記式(9)に基づいて、粒子pの本体部分bの体積Vbを算出する。この場合、分析者は、入力装置を操作して、算出した体積Vbを示すデータを記憶装置401に記憶させる。なお、粒子pの体積Vpは、処理装置402によって測定された粒子pの粒子径から、分析者が算出することができる。この場合、分析者が入力装置を操作して、算出した体積Vpを示すデータを記憶装置401に記憶させる。あるいは、処理装置402が、粒子pの粒子径に基づいて粒子pの体積Vpを測定してもよい。この場合、処理装置402が、測定結果を示すデータを記憶装置401に記憶させる。 The processing device 402 measures the volume Vb of the main body portion b of the particle p based on the above formula (9), and stores the data indicating the measurement result in the storage device 401. Alternatively, the analyst calculates the volume Vb of the main body portion b of the particle p based on the above formula (9). In this case, the analyst operates the input device to store the calculated data indicating the volume Vb in the storage device 401. The volume Vp of the particle p can be calculated by the analyst from the particle size of the particle p measured by the processing device 402. In this case, the analyst operates the input device to store the calculated data indicating the volume Vp in the storage device 401. Alternatively, the processing apparatus 402 may measure the volume Vp of the particles p based on the particle size of the particles p. In this case, the processing device 402 stores the data indicating the measurement result in the storage device 401.

一方、多孔質の粒子pが電解材料を担持している場合、粒子pは、本体部分bと、空隙部分s2と、担持された電解材料とに分けることができる。この場合、空隙部分s2の体積(%)は、以下の式(10)で表すことができる。
P2=Vs2/Vp=Vs2/(Vb+Vs2+Vc)・・・(10)
On the other hand, when the porous particles p carry an electrolytic material, the particles p can be divided into a main body portion b, a void portion s2, and a supported electrolytic material. In this case, the volume (%) of the void portion s2 can be expressed by the following formula (10).
P2 = Vs2 / Vp = Vs2 / (Vb + Vs2 + Vc) ... (10)

式(10)において、P2は粒子pの空隙部分s2の体積(%)であり、Vs2は粒子pの空隙部分s2の体積であり、Vpは粒子pの体積であり、Vbは粒子pの本体部分bの体積であり、Vcは粒子pに担持された電解材料の体積である。粒子pの体積Vpは、以下の式(11)に示すように、粒子pの本体部分bの体積と、粒子pの空隙部分s2の体積と、粒子pに担持された電解材料の体積との和で表すことができる。なお、粒子pが凝集体である場合、粒子pの空隙部分s2の体積Vsは、凝集体を構成する各粒子に形成されている細孔の体積の合計値と、凝集体を構成する各粒子間の隙間の体積とを合計した値を示す。
Vp=Vb+Vs2+Vc・・・(11)
In formula (10), P2 is the volume (%) of the void portion s2 of the particle p, Vs2 is the volume of the void portion s2 of the particle p, Vp is the volume of the particle p, and Vb is the body of the particle p. It is the volume of the portion b, and Vc is the volume of the electrolytic material carried on the particles p. As shown in the following formula (11), the volume Vp of the particle p is the volume of the main body portion b of the particle p, the volume of the void portion s2 of the particle p, and the volume of the electrolytic material supported on the particle p. It can be expressed as a sum. When the particles p are aggregates, the volume Vs of the void portion s2 of the particles p is the total value of the volumes of the pores formed in each particle constituting the aggregate and each particle constituting the aggregate. The total value of the volume of the gap between them is shown.
Vp = Vb + Vs2 + Vc ... (11)

粒子pの空隙部分s2に媒体mが充填されている場合、体積磁化率と体積との積の関係は、以下の式(12)の関係を示す。
χpVp=χbVb+χmVs2+χcVc・・・(12)
When the void portion s2 of the particle p is filled with the medium m, the relationship between the volume magnetic susceptibility and the product of the volume shows the relationship of the following equation (12).
χpVp = χbVb + χmVs2 + χcVc ... (12)

式(12)において、χpは粒子pの体積磁化率であり、χbは粒子pの本体部分bの体積磁化率であり、χmは媒体mの体積磁化率であり、χcは電解材料の体積磁化率である。なお、粒子pが凝集体である場合、粒子pの本体部分の体積磁化率は、凝集体を構成する粒子の本体部分の体積磁化率を示す。 In equation (12), χp is the volume susceptibility of the particle p, χb is the volume susceptibility of the body portion b of the particle p, χm is the volume susceptibility of the medium m, and χc is the volume susceptibility of the electrolytic material. The rate. When the particle p is an agglomerate, the volume magnetic susceptibility of the main body portion of the particle p indicates the volume magnetic susceptibility of the main body portion of the particles constituting the agglomerate.

上記の式(10)〜式(12)に基づき、式(10)は、以下の式(13)に変換することができる。本実施形態において、処理装置402は、以下の式(13)に基づき、粒子pの空隙部分s2の体積(%)を測定する。換言すると、処理装置402は、粒子pに入り込んだ媒体の体積(%)を測定する。
P2=(χc−χp)/(χc−χm)−(χc−χb)×Vb/((χc−χm)×Vp)・・・(13)
Based on the above equations (10) to (12), the equation (10) can be converted into the following equation (13). In the present embodiment, the processing apparatus 402 measures the volume (%) of the void portion s2 of the particle p based on the following formula (13). In other words, the processing apparatus 402 measures the volume (%) of the medium that has entered the particles p.
P2 = (χc-χp) / (χc-χm)-(χc-χb) x Vb / ((χc-χm) x Vp) ... (13)

なお、粒子pの体積磁化率χpは、処理装置402が測定した測定値である。電解材料の体積磁化率χc、媒体mの体積磁化率χm、及び粒子pの本体部分bの体積磁化率χbは、記憶装置401に予め記憶されている。例えば、分析者は、入力装置を操作して、電解材料の体積磁化率χc、媒体mの体積磁化率χm、及び粒子pの本体部分bの体積磁化率χbを記憶装置401に記憶させることができる。電解材料の体積磁化率χc、媒体mの体積磁化率χm、及び粒子pの本体部分bの体積磁化率χbは、例えば文献値である。粒子pの本体部分の体積Vbは、上記式(9)に基づいて測定又は算出された値であり、記憶装置401に記憶されている。粒子pの体積Vpは、処理装置402によって測定された粒子pの粒子径から、分析者が算出することができる。この場合、分析者が入力装置を操作して、算出した体積Vpを示すデータを記憶装置401に記憶させる。あるいは、処理装置402が、粒子pの粒子径に基づいて粒子pの体積Vpを測定してもよい。この場合、処理装置402が、測定結果を示すデータを記憶装置401に記憶させる。 The volume magnetic susceptibility χp of the particle p is a measured value measured by the processing apparatus 402. The volume magnetic susceptibility χc of the electrolytic material, the volume magnetic susceptibility χm of the medium m, and the volume magnetic susceptibility χb of the main body portion b of the particle p are stored in advance in the storage device 401. For example, the analyst may operate the input device to store the volume susceptibility χc of the electrolytic material, the volume susceptibility χm of the medium m, and the volume susceptibility χb of the main body portion b of the particle p in the storage device 401. it can. The volume magnetic susceptibility χc of the electrolytic material, the volume magnetic susceptibility χm of the medium m, and the volume magnetic susceptibility χb of the main body portion b of the particle p are, for example, literature values. The volume Vb of the main body portion of the particle p is a value measured or calculated based on the above formula (9) and is stored in the storage device 401. The volume Vp of the particle p can be calculated by the analyst from the particle size of the particle p measured by the processing apparatus 402. In this case, the analyst operates the input device to store the calculated data indicating the volume Vp in the storage device 401. Alternatively, the processing device 402 may measure the volume Vp of the particles p based on the particle size of the particles p. In this case, the processing device 402 stores the data indicating the measurement result in the storage device 401.

また、上記式(10)より、粒子pの空隙部分s2の体積Vs2、すなわち粒子pに入り込んだ媒体の体積Vm2は、以下の式(14)で表すことができる。処理装置402は、以下の式(14)に基づいて、媒体の体積Vm2を測定し、測定結果を示すデータを記憶装置401に記憶させる。あるいは、分析者が、以下の式(14)に基づいて、媒体の体積Vm2を算出してもよい。この場合、分析者は、入力装置を操作して、算出した体積Vm2を示すデータを記憶装置401に記憶させる。
Vm2=Vs2=P2×Vp・・・(14)
Further, from the above formula (10), the volume Vs2 of the void portion s2 of the particle p, that is, the volume Vm2 of the medium that has entered the particle p can be expressed by the following formula (14). The processing device 402 measures the volume Vm2 of the medium based on the following formula (14), and stores the data indicating the measurement result in the storage device 401. Alternatively, the analyst may calculate the volume Vm2 of the medium based on the following equation (14). In this case, the analyst operates the input device to store the calculated data indicating the volume Vm2 in the storage device 401.
Vm2 = Vs2 = P2 × Vp ... (14)

また、上記式(11)は、上記式(14)に基づき、以下の式(15)に変換することができる。
Vp=Vb+Vs2+Vc=Vb+P2×Vp+Vc・・・(15)
Further, the above formula (11) can be converted into the following formula (15) based on the above formula (14).
Vp = Vb + Vs2 + Vc = Vb + P2 × Vp + Vc ... (15)

よって、粒子pに担持された電解材料の体積Vcは、以下の式(16)で表すことができる。
Vc=Vp−Vb−Vs2=Vp−Vb−P2×Vp・・・(16)
Therefore, the volume Vc of the electrolytic material supported on the particles p can be expressed by the following formula (16).
Vc = Vp-Vb-Vs2 = Vp-Vb-P2 × Vp ... (16)

処理装置402は、上記式(16)に基づいて、粒子pに担持された電解材料の体積Vcを測定し、測定結果を示すデータを記憶装置401に記憶させる。あるいは、分析者が、上記式(16)に基づいて、粒子pに担持された電解材料の体積Vcを算出してもよい。この場合、分析者は、入力装置を操作して、算出した体積Vcを示すデータを記憶装置401に記憶させる。 The processing device 402 measures the volume Vc of the electrolytic material supported on the particles p based on the above formula (16), and stores the data indicating the measurement result in the storage device 401. Alternatively, the analyst may calculate the volume Vc of the electrolytic material supported on the particles p based on the above formula (16). In this case, the analyst operates the input device to store the calculated data indicating the volume Vc in the storage device 401.

処理装置402は、記憶装置401に記憶された粒子pの体積Vp(電気化学デバイスの電極部材から採取した粒子の体積)、媒体の体積Vm2、及び電解材料の体積Vcを用いて、以下の式(17)に基づき、空隙率Pを測定する。
P=(Vc+Vm2)/Vp・・・(17)
The processing device 402 uses the volume Vp of the particles p (volume of the particles collected from the electrode member of the electrochemical device) stored in the storage device 401, the volume Vm2 of the medium, and the volume Vc of the electrolytic material, and uses the following formula. Based on (17), the porosity P is measured.
P = (Vc + Vm2) / Vp ... (17)

処理装置402は、空隙率Pを測定すると、測定結果を示すデータを記憶装置401に記憶させる。処理装置402は、測定結果を示すデータに基づいて、空隙率Pを示すデータを表示装置403に表示させる。 When the processing device 402 measures the porosity P, the processing device 402 stores data indicating the measurement result in the storage device 401. The processing device 402 causes the display device 403 to display the data indicating the porosity P based on the data indicating the measurement result.

なお、電解材料と媒体とが同じ材料である場合、処理装置402は、電気化学デバイスの電極部材から採取した各粒子から測定した体積磁化率を参照して、上記式(6)に基づき、空隙率P(媒体の体積(%))を測定してもよい。 When the electrolytic material and the medium are the same material, the processing apparatus 402 refers to the volume magnetic susceptibility measured from each particle collected from the electrode member of the electrochemical device, and is based on the above formula (6). The rate P (volume of the medium (%)) may be measured.

続いて図3(a)及び図3(b)を参照して、粒子pの動きを説明する。図3(a)及び図3(b)は、粒子pの動きを示す図である。詳しくは、図3(a)及び図3(b)は、粒子p及び媒体mの体積磁化率と粒子pの移動方向との関係を示す。図3(a)及び図3(b)に示すように、磁場生成部200は、磁極がN極の永久磁石200aと、磁極がS極の永久磁石200bとを備える。2つの永久磁石200a、200bは、セル201を挟んで対向する。 Subsequently, the movement of the particle p will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b). 3 (a) and 3 (b) are diagrams showing the movement of the particle p. Specifically, FIGS. 3 (a) and 3 (b) show the relationship between the volume magnetic susceptibility of the particle p and the medium m and the moving direction of the particle p. As shown in FIGS. 3A and 3B, the magnetic field generation unit 200 includes a permanent magnet 200a having an N pole as a magnetic pole and a permanent magnet 200b having an S pole as a magnetic pole. The two permanent magnets 200a and 200b face each other with the cell 201 interposed therebetween.

図3(a)に示すように、粒子pの体積磁化率が媒体mの体積磁化率よりも小さい場合、粒子pは磁場(磁場生成部200)から遠ざかる方向に移動する。一方、図3(b)に示すように、粒子pの体積磁化率が媒体mの体積磁化率よりも大きい場合、粒子pは磁場(磁場生成部200)に近づく方向に移動する。 As shown in FIG. 3A, when the volume magnetic susceptibility of the particle p is smaller than the volume magnetic susceptibility of the medium m, the particle p moves in a direction away from the magnetic field (magnetic field generation unit 200). On the other hand, as shown in FIG. 3B, when the volume magnetic susceptibility of the particle p is larger than the volume magnetic susceptibility of the medium m, the particle p moves in a direction approaching the magnetic field (magnetic field generation unit 200).

図3(a)及び図3(b)に示すように、粒子pの動きは、粒子p及び媒体mの体積磁化率に応じて決定される。なお、粒子pは永久磁石200a、200bの端部の近傍において力を受ける。例えば、粒子pは永久磁石200a、200bの端部の近傍から±200μm程度の範囲で力を受ける。 As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the movement of the particle p is determined according to the volume magnetic susceptibility of the particle p and the medium m. The particles p receive a force in the vicinity of the ends of the permanent magnets 200a and 200b. For example, the particle p receives a force within a range of about ± 200 μm from the vicinity of the ends of the permanent magnets 200a and 200b.

続いて図4を参照して、分析装置100について更に説明する。図4は、分析装置100の構成を示す図である。図4に示すように、分析装置100は、光源500を更に備える。また、観察部300は、拡大部301及び撮像部302を備える。 Subsequently, the analyzer 100 will be further described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the analyzer 100. As shown in FIG. 4, the analyzer 100 further includes a light source 500. Further, the observation unit 300 includes an enlargement unit 301 and an imaging unit 302.

光源500は、可視光成分を含む比較的高い強度の光を出射する。光源500は、セル201に光を照射する。この結果、粒子pに光が照射される。光源500から出射される光の波長スペクトルは比較的ブロードであってもよい。光源500として、例えば、ハロゲンランプが好適に用いられる。 The light source 500 emits light having a relatively high intensity including a visible light component. The light source 500 irradiates the cell 201 with light. As a result, the particle p is irradiated with light. The wavelength spectrum of the light emitted from the light source 500 may be relatively broad. As the light source 500, for example, a halogen lamp is preferably used.

セル201に導入された粒子pは、拡大部301によって適当な倍率で拡大されて、撮像部302で撮像される。撮像部302の撮像結果(撮像部302が撮像した画像)から、粒子pの位置を特定できる。例えば、拡大部301は対物レンズを含み、撮像部302は電荷結合素子(Charge Coupled Device:CCD)を含む。あるいは、撮像部302の各画素は、フォトダイオード又は光電子倍増管で構成されてもよい。撮像部302は、例えば、所定の時間間隔ごとに粒子pを撮像する。なお、撮像部302は、光源500から出射されてセル201を透過した光を撮像してもよいし、光源500から出射されて粒子pによって散乱された光を撮像してもよい。 The particle p introduced into the cell 201 is magnified by the magnifying unit 301 at an appropriate magnification and imaged by the imaging unit 302. The position of the particle p can be specified from the image pickup result of the image pickup unit 302 (the image captured by the image pickup unit 302). For example, the magnifying unit 301 includes an objective lens, and the imaging unit 302 includes a charge coupling element (Charge Coupled Device: CCD). Alternatively, each pixel of the imaging unit 302 may be composed of a photodiode or a photomultiplier tube. The imaging unit 302 images the particles p, for example, at predetermined time intervals. The imaging unit 302 may image the light emitted from the light source 500 and transmitted through the cell 201, or may image the light emitted from the light source 500 and scattered by the particles p.

情報処理部400(処理装置402)は、撮像部302の撮像結果から、粒子pの位置の時間的な変化を取得し、粒子pの位置の時間的な変化から粒子pの磁気泳動速度を測定する。 The information processing unit 400 (processing device 402) acquires a temporal change in the position of the particle p from the imaging result of the imaging unit 302, and measures the magnetic migration speed of the particle p from the temporal change in the position of the particle p. To do.

また、情報処理部400(処理装置402)は、粒子pの撮像結果から粒子pの粒子径を測定する。例えば、情報処理部400(処理装置402)は、以下の処理を実行する。即ち、まず、撮像部302によって撮像された画像をモノクロ化し、その輝度を数値化する。次に、輝度値の微分値をしきい値と比較して粒子pの境界を設定する。次に、設定した境界から粒子pの面積を検出し、その面積に対応する円の半径から粒子径を求める。あるいは、粒子pの中心を規定し、粒子pの中心を通過する複数の直線を引き、各直線において粒子pの境界と交わる2つの点の間の距離の平均を求める。 Further, the information processing unit 400 (processing device 402) measures the particle size of the particle p from the imaging result of the particle p. For example, the information processing unit 400 (processing device 402) executes the following processing. That is, first, the image captured by the imaging unit 302 is monochromeized, and the brightness thereof is quantified. Next, the boundary value of the particle p is set by comparing the differential value of the luminance value with the threshold value. Next, the area of the particle p is detected from the set boundary, and the particle diameter is obtained from the radius of the circle corresponding to the area. Alternatively, the center of the particle p is defined, a plurality of straight lines passing through the center of the particle p are drawn, and the average of the distances between two points intersecting the boundary of the particle p on each straight line is calculated.

[評価支援方法]
続いて図5を参照して、本実施形態に係る構造体の評価支援方法について説明する。図5は、本実施形態に係る構造体の評価支援方法を示すフローチャートである。本実施形態に係る評価支援方法は、図2〜図4を参照して説明した分析装置100を使用して実行し得る。
[Evaluation support method]
Subsequently, with reference to FIG. 5, the evaluation support method for the structure according to the present embodiment will be described. FIG. 5 is a flowchart showing an evaluation support method for the structure according to the present embodiment. The evaluation support method according to the present embodiment can be executed by using the analyzer 100 described with reference to FIGS. 2 to 4.

図5に示すように、まず、構造体の担持体から粒子p1を採取する(ステップS1)。具体的には、電気化学デバイスの電極部材から粒子p1を採取する。詳しくは、電極部材の一部を削り取り、削り取った電極部材の一部を粉砕して粒子p1を取得する。例えば、電気化学デバイスがリチウムイオンキャパシタである場合、正極の電極層から粒子p1を採取する。電気化学デバイスが電気二重層キャパシタである場合、正極の電極層又は負極の電極層から粒子p1を採取する。電気化学デバイスが燃料電池である場合、触媒層から粒子p1を採取する。 As shown in FIG. 5, first, the particles p1 are collected from the carrier of the structure (step S1). Specifically, the particles p1 are collected from the electrode members of the electrochemical device. Specifically, a part of the electrode member is scraped off, and a part of the scraped electrode member is crushed to obtain particles p1. For example, when the electrochemical device is a lithium ion capacitor, the particles p1 are collected from the electrode layer of the positive electrode. When the electrochemical device is an electric double layer capacitor, particles p1 are collected from the positive electrode layer or the negative electrode layer. If the electrochemical device is a fuel cell, the particles p1 are harvested from the catalyst layer.

次に、磁気泳動する粒子p1を観察して、観察結果から粒子p1の磁気泳動速度及び粒子径を測定する(ステップS2)。次に、測定した粒子p1の磁気泳動速度及び粒子径に基づいて粒子p1の体積磁化率を測定する(ステップS3)。 Next, the particles p1 to be magnetized are observed, and the magnetic migration speed and the particle size of the particles p1 are measured from the observation results (step S2). Next, the volume magnetic susceptibility of the particle p1 is measured based on the measured magnetic migration rate and the particle size of the particle p1 (step S3).

次に、測定した粒子p1の体積磁化率に基づいて粒子p1の空隙率を測定する(ステップS4)。例えば、粒子p1と同じ種類の粒子p2を用意し、ステップS2及びステップS3と同様に、粒子p2の粒子径及び体積磁化率を測定する。次に、測定した粒子p2の体積磁化率及び粒子径に基づいて、粒子p2の本体部分の体積を測定する。更に、粒子p1の体積磁化率、粒子p1の粒子径、及び粒子p2の本体部分の体積に基づいて、粒子p1の体積、粒子p1に担持されている電解材料の体積、及び粒子p1に入り込んだ媒体の体積を測定する。次に、粒子p1の体積、電解材料の体積及び媒体の体積を参照して、粒子p1の空隙率Pを測定する。 Next, the porosity of the particle p1 is measured based on the measured volume magnetic susceptibility of the particle p1 (step S4). For example, a particle p2 of the same type as the particle p1 is prepared, and the particle size and volume magnetic susceptibility of the particle p2 are measured in the same manner as in steps S2 and S3. Next, the volume of the main body portion of the particle p2 is measured based on the measured volume magnetic susceptibility and particle diameter of the particle p2. Further, based on the volume magnetization rate of the particle p1, the particle diameter of the particle p1, and the volume of the main body portion of the particle p2, the volume of the particle p1, the volume of the electrolytic material supported on the particle p1, and the volume of the electrolytic material p1 are entered. Measure the volume of the medium. Next, the porosity P of the particles p1 is measured with reference to the volume of the particles p1, the volume of the electrolytic material, and the volume of the medium.

次に、測定した粒子p1の体積磁化率に基づいて、体積磁化率に対する粒子p1の数の割合を示すグラフ(粒子数グラフ)を作成する(ステップS5)。 Next, a graph (particle number graph) showing the ratio of the number of particles p1 to the volume magnetic susceptibility is created based on the measured volume magnetic susceptibility of the particles p1 (step S5).

分析者は、作成された粒子数グラフに有意なピーク波形が含まれるか否かを判定する。分析者は、有意なピーク波形がグラフに含まれる場合、グラフから、ピーク波形の半値幅とピーク値との比の値(ピーク波形の比の値)を求める。そして、分析者は、ピーク波形の比の値が特定の範囲に含まれるか否かにより、構造体を評価する。 The analyst determines whether the particle number graph created contains a significant peak waveform. When a significant peak waveform is included in the graph, the analyst obtains the value of the ratio of the half width of the peak waveform to the peak value (value of the ratio of the peak waveform) from the graph. Then, the analyst evaluates the structure based on whether or not the value of the ratio of the peak waveform is included in a specific range.

なお、本実施形態では、空隙率の測定後に粒子数グラフを作成したが、空隙率の測定前に粒子数グラフを作成してもよい。また、本実施形態では、分析者がピーク波形の比の値を求めたが、情報処理部400が、粒子数グラフに有意なピーク波形が含まれるか否かを判定し、有意なピーク波形がグラフに含まれる場合に、ピーク波形の比の値を算出して、その算出結果を表示装置403に表示させてもよい。更に、情報処理部400が、ピーク波形の比の値が特定の範囲に含まれるか否かを判定し、その判定結果を表示装置403に表示させてもよい。 In the present embodiment, the particle number graph is created after the porosity is measured, but the particle number graph may be created before the porosity is measured. Further, in the present embodiment, the analyst obtained the value of the ratio of the peak waveforms, but the information processing unit 400 determines whether or not the particle number graph includes a significant peak waveform, and the significant peak waveform is obtained. When included in the graph, the value of the ratio of the peak waveform may be calculated and the calculation result may be displayed on the display device 403. Further, the information processing unit 400 may determine whether or not the value of the ratio of the peak waveform is included in the specific range, and display the determination result on the display device 403.

以上、本発明の実施形態について図面(図1〜図5)を参照しながら説明した。本実施形態によれば、電気化学デバイスの特性を向上させることができる。なお、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings (FIGS. 1 to 5). According to this embodiment, the characteristics of the electrochemical device can be improved. The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various embodiments without departing from the gist thereof.

例えば、本発明の実施形態では、粒子数グラフを表示装置403に表示させたが、粒子数グラフを印刷してもよい。同様に、空隙率の測定結果を印刷してもよい。 For example, in the embodiment of the present invention, the particle number graph is displayed on the display device 403, but the particle number graph may be printed. Similarly, the measurement result of the porosity may be printed.

また、本発明の実施形態では、空隙率を測定したが、空隙率の測定は省略され得る。 Further, in the embodiment of the present invention, the porosity is measured, but the measurement of the porosity may be omitted.

また、本発明の実施形態では、磁場生成部200が一対の永久磁石200a、200bを備えたが、磁場生成部200は、磁場勾配を生成するために一対の磁極片(ポールピース)を備えてもよい。あるいは、磁場生成部200は、磁場勾配を生成するために、電磁石、磁気回路、又は超電導磁石を備えてもよい。磁場生成部200が一対の磁極片を備える場合、一対の磁極片を構成する2つの磁極片は、例えば100μm以上500μm以下の一定距離の空隙を空けて配置される。セル201は、2つの磁極片の間の空隙に配置される。磁極片は、例えば、磁化された鉄片であり得る。鉄片は、例えば永久磁石、電磁石、磁気回路、又は超電導磁石によって磁化し得る。 Further, in the embodiment of the present invention, the magnetic field generating unit 200 includes a pair of permanent magnets 200a and 200b, but the magnetic field generating unit 200 includes a pair of magnetic pole pieces (pole pieces) for generating a magnetic field gradient. May be good. Alternatively, the magnetic field generator 200 may include an electromagnet, a magnetic circuit, or a superconducting magnet to generate a magnetic field gradient. When the magnetic field generation unit 200 includes a pair of magnetic pole pieces, the two magnetic pole pieces constituting the pair of magnetic pole pieces are arranged with a gap of a certain distance of, for example, 100 μm or more and 500 μm or less. The cell 201 is arranged in the gap between the two magnetic pole pieces. The magnetic pole piece can be, for example, a magnetized iron piece. Iron pieces can be magnetized by, for example, permanent magnets, electromagnets, magnetic circuits, or superconducting magnets.

また、本発明の実施形態では、セル201がキャピラリー管であったが、セル201は、ガラスセル又はプラスチックセルであってもよい。ガラスセル及びプラスチックセルは、粒子pを含む媒体mを保持する凹部を有する。あるいは、ガラスセル及びプラスチックセルは、粒子pを含む媒体mが流れる流路を有する。セル201が、マイクロ流路を有するガラスセル又はプラスチックセルである場合、粒子pを含む液滴がマイクロ流路の一方端に滴下されると、毛細管現象によって液滴がマイクロ流路を流れる。 Further, in the embodiment of the present invention, the cell 201 is a capillary tube, but the cell 201 may be a glass cell or a plastic cell. The glass cell and the plastic cell have recesses for holding the medium m containing the particles p. Alternatively, the glass cell and the plastic cell have a flow path through which the medium m containing the particles p flows. When the cell 201 is a glass cell or a plastic cell having a microchannel, when a droplet containing the particles p is dropped on one end of the microchannel, the droplet flows through the microchannel due to a capillary phenomenon.

また、本発明の実施形態では、分析装置100が光源500を備えたが、分析装置100は、光源500に替えてレーザーを備えてもよいし、光源500に加えてレーザーを更に備えてもよい。分析装置100が光源500とレーザーとを備える場合、光源500から光を出射する際には、レーザーからのレーザー光の出射を停止させ、レーザーからレーザー光を出射する際には、光源500からの光の出射を停止させる。レーザーを使用する場合、セル201に導入された粒子pにレーザー光を照射する。撮像部302は、粒子pによって散乱されたレーザー光(散乱光)を、拡大部301を介して撮像する。 Further, in the embodiment of the present invention, the analyzer 100 includes the light source 500, but the analyzer 100 may include a laser in place of the light source 500, or may further include a laser in addition to the light source 500. .. When the analyzer 100 includes a light source 500 and a laser, when the light source 500 emits light, the emission of the laser beam from the laser is stopped, and when the laser beam is emitted from the laser, the emission from the light source 500 is performed. Stops the emission of light. When a laser is used, the particles p introduced into the cell 201 are irradiated with the laser beam. The imaging unit 302 images the laser light (scattered light) scattered by the particles p via the magnifying unit 301.

レーザー光を粒子pに照射する場合、キャピラリー管は、その軸方向に直交する断面形状が正方形の正方形型キャピラリーであることが好ましい。正方形型キャピラリーを使用することにより、セル201の側面のうちレーザー光が照射される面を鏡面仕上げにすることが容易になる。 When irradiating the particle p with a laser beam, the capillary tube is preferably a square capillary having a square cross-sectional shape orthogonal to the axial direction thereof. By using the square capillary, it becomes easy to mirror-finish the side surface of the cell 201 to be irradiated with the laser beam.

また、本発明の実施形態では、画像解析によって粒子pの粒子径を取得したが、粒子pのブラウン運動を解析して、粒子pの粒子径を測定してもよい。具体的には、キャピラリー管の軸方向(x方向)に直交する方向(y方向)における粒子pの位置の変化(変位)の分散から拡散係数を求め、この拡散係数から粒子pの粒子径を求めることができる。あるいは、レーザーを使用して、例えば動的光散乱法又は静的光散乱法に基づいて粒子pの粒子径を取得してもよい。 Further, in the embodiment of the present invention, the particle size of the particle p is obtained by image analysis, but the Brownian motion of the particle p may be analyzed to measure the particle size of the particle p. Specifically, the diffusion coefficient is obtained from the dispersion of the change (displacement) in the position of the particle p in the direction (y direction) orthogonal to the axial direction (x direction) of the capillary tube, and the particle diameter of the particle p is calculated from this diffusion coefficient. Can be sought. Alternatively, a laser may be used to obtain the particle size of the particles p, for example based on dynamic light scattering or static light scattering.

また、本発明の実施形態では、情報処理部400(処理装置402)が粒子pの粒子径を測定したが、撮像部302が撮像した画像を表示装置403に表示させ、表示装置403に表示された画像から、分析者が粒子pの粒子径を測定してもよい。あるいは、撮像部302が撮像した画像を印刷して、印刷した画像から、分析者が粒子pの粒子径を測定してもよい。 Further, in the embodiment of the present invention, the information processing unit 400 (processing device 402) measures the particle size of the particle p, but the image captured by the imaging unit 302 is displayed on the display device 403 and displayed on the display device 403. The analyst may measure the particle size of the particle p from the image. Alternatively, the image captured by the imaging unit 302 may be printed, and the analyst may measure the particle size of the particle p from the printed image.

また、本発明の実施形態では、撮像部302が所定の時間間隔ごとに粒子pを撮像することにより、粒子pの磁気泳動速度を取得したが、レーザーを使用して、例えばレーザードップラー法に基づいて粒子pの磁気泳動速度を測定してもよい。 Further, in the embodiment of the present invention, the imaging unit 302 acquires the magnetic migration speed of the particle p by imaging the particle p at predetermined time intervals, but using a laser, for example, based on the laser Doppler method. The magnetic migration rate of the particle p may be measured.

また、本発明の実施形態では、磁気泳動速度の測定値に基づいて粒子pの体積磁化率を取得したが、SQUID素子、又は磁気天秤などを用いて粒子pの体積磁化率を取得してもよい。 Further, in the embodiment of the present invention, the volume magnetic susceptibility of the particle p is obtained based on the measured value of the magnetic migration rate, but the volume magnetic susceptibility of the particle p can also be obtained by using a SQUID element, a magnetic balance, or the like. Good.

また、本発明の実施形態では、情報処理部400が粒子径を測定したが、粒子pの粒子径に文献値を利用してもよい。 Further, in the embodiment of the present invention, the information processing unit 400 measures the particle size, but a literature value may be used for the particle size of the particle p.

以下、本発明の実施例について説明する。但し、本発明は、以下で説明する実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, examples of the present invention will be described. However, the present invention is not limited to the examples described below.

[実施例1、2及び比較例1]
本実施例では、3種類の活性炭を用意して、3種類の試料を作製した。具体的には、活性炭、結着剤、及び導電助剤を主成分とするペースト状の試料を調製した。次に、ペースト状の試料を板状部材の表面に塗工して電極板を作製し、電解液の簡易的な代用品であるプロピレンカーボネートに電極板を浸漬させた。板状部材には、複数の貫通孔を有するアルミ箔を使用した。結着剤には、アクリルポリマ系バインダを使用した。導電助剤には、アセチレンブラックを使用した。その後、プロピレンカーボネートから電極板を取り出して、試料の一部を削り取り、削り取った試料の一部を乳鉢内で粉末状にした。そして、粉末状の試料を媒体(プロピレンカーボネート)中に分散させ、試料を分散させた媒体の一部を分取してセルに導入し、粒子個々の体積磁化率及び空隙率(媒体の体積(%))を測定した。更に、体積磁化率ごとに粒子の数を測定して、体積磁化率に対する粒子の数の割合(粒子数%)を示す棒グラフを作成し、棒グラフから粒子数グラフを作成した。なお、3種類の試料のうちの1つは比較例1である。
[Examples 1 and 2 and Comparative Example 1]
In this example, three types of activated carbon were prepared and three types of samples were prepared. Specifically, a paste-like sample containing activated carbon, a binder, and a conductive auxiliary agent as main components was prepared. Next, a paste-like sample was applied to the surface of the plate-shaped member to prepare an electrode plate, and the electrode plate was immersed in propylene carbonate, which is a simple substitute for the electrolytic solution. For the plate-shaped member, an aluminum foil having a plurality of through holes was used. An acrylic polymer binder was used as the binder. Acetylene black was used as the conductive auxiliary agent. Then, the electrode plate was taken out from the propylene carbonate, a part of the sample was scraped off, and a part of the scraped sample was powdered in a mortar. Then, the powdery sample is dispersed in a medium (propylene carbonate), a part of the medium in which the sample is dispersed is separated and introduced into a cell, and the volume magnetic susceptibility and porosity of each particle (volume of the medium (volume of the medium (medium volume) %)) Was measured. Further, the number of particles was measured for each volume magnetic susceptibility, a bar graph showing the ratio of the number of particles to the volume magnetic susceptibility (number of particles%) was created, and a particle number graph was created from the bar graph. One of the three types of samples is Comparative Example 1.

測定時に印加した磁場の最大値は2.7Tであった。N極の永久磁石とS極の永久磁石との間隔は0.4mmであった。セルには、ガラス製の角形チューブ状セルを使用した。詳しくは、セルは、その軸方向に直交する方向の断面形状が、100μm×100μmの正方形であった。媒体には、プロピレンカーボネート(体積磁化率:−7.50×10-6)を使用した。The maximum value of the magnetic field applied at the time of measurement was 2.7T. The distance between the N-pole permanent magnet and the S-pole permanent magnet was 0.4 mm. As the cell, a square tubular cell made of glass was used. Specifically, the cell was a square having a cross-sectional shape of 100 μm × 100 μm in the direction orthogonal to the axial direction. Propylene carbonate (volume magnetic susceptibility: −7.50 × 10 -6 ) was used as the medium.

表1に、実施例1の体積磁化率及び空隙率の測定結果を示す。

Figure 2019212056
Table 1 shows the measurement results of the volume magnetic susceptibility and the porosity of Example 1.
Figure 2019212056

表2に、実施例2の体積磁化率及び空隙率の測定結果を示す。

Figure 2019212056
Table 2 shows the measurement results of the volume magnetic susceptibility and the porosity of Example 2.
Figure 2019212056

表3に、比較例1の体積磁化率及び空隙率の測定結果を示す。

Figure 2019212056
Table 3 shows the measurement results of the volume magnetic susceptibility and the porosity of Comparative Example 1.
Figure 2019212056

表1及び表2から明らかなように、実施例1の空隙率は85以上であった。また、実施例2の空隙率は80以上であった。一方、比較例1の空隙率は75以上ではなかった。 As is clear from Tables 1 and 2, the porosity of Example 1 was 85 or more. The porosity of Example 2 was 80 or more. On the other hand, the porosity of Comparative Example 1 was not 75 or more.

図6は、実施例1の棒グラフを示す図である。図7は、実施例2の棒グラフを示す図である。図8は、比較例1の棒グラフを示す図である。また、図9は、実施例1の粒子数グラフを示す図である。図10は、実施例2の粒子数グラフを示す図である。図11は、比較例1の粒子数グラフを示す図である。図6〜図11において、縦軸は粒子数(%)を示し、横軸は体積磁化率を示す。詳しくは、図9に示す粒子数グラフは、図6に示す各棒グラフの頂点を線分で結び、それらの線分をスムージング処理して得た。同様に、図7、図8に示す棒グラフから図10、図11に示す粒子数グラフを得た。 FIG. 6 is a diagram showing a bar graph of the first embodiment. FIG. 7 is a diagram showing a bar graph of the second embodiment. FIG. 8 is a diagram showing a bar graph of Comparative Example 1. Further, FIG. 9 is a diagram showing a particle number graph of Example 1. FIG. 10 is a diagram showing a particle number graph of Example 2. FIG. 11 is a diagram showing a particle number graph of Comparative Example 1. In FIGS. 6 to 11, the vertical axis represents the number of particles (%), and the horizontal axis represents the volume magnetic susceptibility. Specifically, the particle number graph shown in FIG. 9 was obtained by connecting the vertices of each bar graph shown in FIG. 6 with line segments and smoothing those line segments. Similarly, the particle number graphs shown in FIGS. 10 and 11 were obtained from the bar graphs shown in FIGS. 7 and 8.

表4に、実施例1、実施例2、及び比較例1のそれぞれの半値幅、粒子数のピーク値(%)、及びピーク波形の比の値(半値幅とピーク値との比の値)の測定結果を示す。

Figure 2019212056
Table 4 shows the half-value width of each of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1, the peak value (%) of the number of particles, and the ratio value of the peak waveform (value of the ratio between the half-value width and the peak value). The measurement result of is shown.
Figure 2019212056

図9に示すように、実施例1の粒子数グラフは有意なピーク波形を含み、表4に示すように、ピーク波形の比の値は、およそ0.06×10-6となった。また、図10に示すように、実施例2の粒子数グラフも有意なピーク波形を含み、表4に示すように、ピーク波形の比の値は、およそ0.33×10-6となった。したがって、実施例1のピーク波形の比の値は、1.0×10-6未満の範囲内に含まれていた。同様に、実施例2のピーク波形の比の値は、0.3×10-6以下の範囲内に含まれていた。一方、比較例1の粒子数グラフは、図11に示すように、ブロードな波形となり、表4に示すように、ピーク波形の比の値は、およそ1.17×10-6となった。As shown in FIG. 9, the particle number graph of Example 1 included a significant peak waveform, and as shown in Table 4, the value of the ratio of the peak waveform was about 0.06 × 10 -6 . Further, as shown in FIG. 10, the particle number graph of Example 2 also included a significant peak waveform, and as shown in Table 4, the value of the ratio of the peak waveform was approximately 0.33 × 10 -6 . .. Therefore, the value of the ratio of the peak waveforms of Example 1 was included in the range of less than 1.0 × 10 -6. Similarly, the value of the ratio of the peak waveforms of Example 2 was included in the range of 0.3 × 10 -6 or less. On the other hand, the particle number graph of Comparative Example 1 had a broad waveform as shown in FIG. 11, and the value of the ratio of the peak waveforms was about 1.17 × 10 -6 as shown in Table 4.

また、実施例1の試料が塗工された電極板を用いてリチウムイオンキャパシタを製造した結果、単位重量当たりの静電容量は78[F]であった。同様に、実施例2の試料が塗工された電極板を用いてリチウムイオンキャパシタを製造した結果、単位重量当たりの静電容量は56[F]であった。比較例1の試料が塗工された電極板を用いてリチウムイオンキャパシタを製造した結果、単位重量当たりの静電容量は53[F]であった。よって、ピーク波形の比の値が1.0×10-6未満である実施例1、2は、比較例1と比べて、リチウムイオンキャパシタの性能を向上させた。Further, as a result of producing a lithium ion capacitor using the electrode plate coated with the sample of Example 1, the capacitance per unit weight was 78 [F]. Similarly, as a result of producing a lithium ion capacitor using the electrode plate coated with the sample of Example 2, the capacitance per unit weight was 56 [F]. As a result of producing a lithium ion capacitor using the electrode plate coated with the sample of Comparative Example 1, the capacitance per unit weight was 53 [F]. Therefore, Examples 1 and 2 in which the value of the peak waveform ratio is less than 1.0 × 10 -6 improved the performance of the lithium ion capacitor as compared with Comparative Example 1.

[実施例3及び比較例2]
実施例3では、カーボンブラックに対してアイオノマーを0.3質量%複合化させた試料を用いた。比較例2では、試料として、カーボンブラックを用いた。実施例1、2及び比較例1と同様に、粉末状の試料を媒体中に分散させ、試料を分散させた媒体の一部を分取してセルに導入し、粒子個々の体積磁化率を測定した。但し、実施例1、2及び比較例1と異なり、媒体には水を使用した。更に、体積磁化率ごとに粒子の数を測定して、体積磁化率に対する粒子の数の割合(粒子数%)を示す棒グラフを作成し、棒グラフから粒子数グラフを作成した。
[Example 3 and Comparative Example 2]
In Example 3, a sample in which ionomer was compounded in an amount of 0.3% by mass with respect to carbon black was used. In Comparative Example 2, carbon black was used as a sample. Similar to Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, a powdery sample was dispersed in a medium, a part of the medium in which the sample was dispersed was separated and introduced into a cell, and the volume magnetic susceptibility of each particle was determined. It was measured. However, unlike Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, water was used as the medium. Further, the number of particles was measured for each volume magnetic susceptibility, a bar graph showing the ratio of the number of particles to the volume magnetic susceptibility (number of particles%) was created, and a particle number graph was created from the bar graph.

表5に、実施例3及び比較例2のそれぞれの半値幅、粒子数のピーク値(%)、及びピーク波形の比の値(半値幅とピーク値との比の値)の測定結果を示す。

Figure 2019212056
Table 5 shows the measurement results of the full width at half maximum, the peak value (%) of the number of particles, and the ratio value of the peak waveform (the value of the ratio between the half width and the peak value) of Example 3 and Comparative Example 2, respectively. ..
Figure 2019212056

図12は、実施例3及び比較例2の粒子数グラフを示す図である。図12において、縦軸は粒子数(%)を示し、横軸は体積磁化率を示す。図12に示すように、実施例3の粒子数グラフは有意なピーク波形を含み、表5に示すように、ピーク波形の比の値は、およそ0.12×10-6となった。したがって、実施例3のピーク波形の比の値は、0.3×10-6以下の範囲内に含まれていた。一方、比較例2の粒子数グラフは、図12に示すように、ブロードな波形となり、表5に示すように、ピーク波形の比の値は、およそ1.0×10-6となった。FIG. 12 is a diagram showing particle number graphs of Example 3 and Comparative Example 2. In FIG. 12, the vertical axis represents the number of particles (%), and the horizontal axis represents the volume magnetic susceptibility. As shown in FIG. 12, the particle number graph of Example 3 included a significant peak waveform, and as shown in Table 5, the value of the ratio of the peak waveform was about 0.12 × 10 -6 . Therefore, the value of the ratio of the peak waveforms of Example 3 was included in the range of 0.3 × 10 -6 or less. On the other hand, the particle number graph of Comparative Example 2 had a broad waveform as shown in FIG. 12, and the value of the ratio of the peak waveforms was about 1.0 × 10 -6 as shown in Table 5.

本発明は、電気化学デバイスに有用である。 The present invention is useful for electrochemical devices.

10 リチウムイオンキャパシタ
20 正極
21 集電体
22 電極層
30 負極
31 集電体
32 電極層
40 セパレータ
50 燃料電池
51 セパレータ
52 ガス拡散層
53 アノード電極触媒層
54 固体高分子電解質膜
55 カソード電極触媒層
100 分析装置
200 磁場生成部
201 セル
300 観察部
301 拡大部
302 撮像部
400 情報処理部
m 媒体
p 粒子
10 Lithium ion capacitor 20 Positive electrode 21 Current collector 22 Electrode layer 30 Negative electrode 31 Current collector 32 Electrode layer 40 Separator 50 Fuel cell 51 Separator 52 Gas diffusion layer 53 Anode electrode catalyst layer 54 Solid polymer electrolyte film 55 Cathode electrode catalyst layer 100 Analyzer 200 Electrode generator 200 Electrode generator 201 Cell 300 Observation unit 301 Enlargement unit 302 Imaging unit 400 Information processing unit m Medium p Particles

Claims (16)

電解材料と、
前記電解材料を担持する担持体と
を備え、
前記担持体は、複数の粒子を含み、
前記複数の粒子の各々は、細孔を有し、
体積磁化率に対する前記粒子の数の割合を示すグラフが、ピーク波形を含み、
前記ピーク波形の半値幅とピーク値との比の値が1.0×10-6未満を示す、構造体。
Electrolytic material and
A carrier for supporting the electrolytic material is provided.
The carrier contains a plurality of particles and contains a plurality of particles.
Each of the plurality of particles has pores and has pores.
A graph showing the ratio of the number of particles to the volume magnetic susceptibility includes peak waveforms.
A structure in which the value of the ratio of the half width of the peak waveform to the peak value is less than 1.0 × 10 -6.
前記ピーク波形の半値幅とピーク値との比の値が0.3×10-6以下を示す、請求項1に記載の構造体。The structure according to claim 1, wherein the value of the ratio of the half width of the peak waveform to the peak value is 0.3 × 10 -6 or less. 前記ピーク波形の半値幅とピーク値との比の値が0.1×10-6以下を示す、請求項2に記載の構造体。The structure according to claim 2, wherein the value of the ratio of the half width of the peak waveform to the peak value is 0.1 × 10 -6 or less. 前記粒子の空隙率が75以上を示す、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の構造体。 The structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the particles have a porosity of 75 or more. 前記粒子の空隙率が80以上を示す、請求項4に記載の構造体。 The structure according to claim 4, wherein the particles have a porosity of 80 or more. 前記粒子の空隙率が85以上を示す、請求項5に記載の構造体。 The structure according to claim 5, wherein the particles have a porosity of 85 or more. 前記電解材料は、リチウムイオンを含む、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の構造体。 The structure according to any one of claims 1 to 6, wherein the electrolytic material contains lithium ions. 前記担持体は、アルカリ金属成分を担持する、請求項7に記載の構造体。 The structure according to claim 7, wherein the carrier supports an alkali metal component. 前記担持体は、触媒を担持する、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の構造体。 The structure according to any one of claims 1 to 6, wherein the carrier carries a catalyst. 前記担持体は、界面活性剤を担持する、請求項9に記載の構造体。 The structure according to claim 9, wherein the carrier carries a surfactant. 前記電解材料は、アイオノマーを含む、請求項9又は請求項10に記載の構造体。 The structure according to claim 9 or 10, wherein the electrolytic material contains an ionomer. 前記担持体は、炭素材料を含む、請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の構造体。 The structure according to any one of claims 1 to 11, wherein the carrier contains a carbon material. 前記担持体は、活性炭を含む、請求項12に記載の構造体。 The structure according to claim 12, wherein the carrier contains activated carbon. 請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の構造体を備える電気化学デバイス。 An electrochemical device comprising the structure according to any one of claims 1 to 13. 構造体を評価する作業を支援する評価支援方法であって、
前記構造体は、電解材料と、前記電解材料を担持する担持体とを備え、
前記担持体は、複数の粒子を含み、
前記複数の粒子の各々は、細孔を有し、
前記評価支援方法は、
前記担持体から前記粒子を採取する工程と、
前記粒子の体積磁化率を測定する工程と、
前記体積磁化率に対する前記粒子の数の割合を示すグラフを作成する工程と
を包含する、構造体の評価支援方法。
It is an evaluation support method that supports the work of evaluating a structure.
The structure includes an electrolytic material and a carrier that supports the electrolytic material.
The carrier contains a plurality of particles and contains a plurality of particles.
Each of the plurality of particles has pores and has pores.
The evaluation support method is
The step of collecting the particles from the carrier and
The step of measuring the volume magnetic susceptibility of the particles and
A method for supporting evaluation of a structure, which includes a step of creating a graph showing the ratio of the number of particles to the volume magnetic susceptibility.
前記粒子の体積磁化率から前記粒子の空隙率を測定する工程を更に包含する、請求項15に記載の構造体の評価支援方法。 The method for supporting evaluation of a structure according to claim 15, further comprising a step of measuring the porosity of the particles from the volume magnetic susceptibility of the particles.
JP2020517075A 2018-05-02 2019-04-26 Evaluation method for electrochemical devices Active JP7438543B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018088733 2018-05-02
JP2018088733 2018-05-02
PCT/JP2019/018073 WO2019212056A1 (en) 2018-05-02 2019-04-26 Structure, electrochemical device, and method for assisting evaluation of structure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2019212056A1 true JPWO2019212056A1 (en) 2021-06-17
JP7438543B2 JP7438543B2 (en) 2024-02-27

Family

ID=68386102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020517075A Active JP7438543B2 (en) 2018-05-02 2019-04-26 Evaluation method for electrochemical devices

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7438543B2 (en)
WO (1) WO2019212056A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115440961A (en) * 2022-09-30 2022-12-06 济南大学 Two-dimensional layered vanadium carbide and vanadium sulfide composite electrode material and preparation method thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008277503A (en) * 2007-04-27 2008-11-13 Japan Carlit Co Ltd:The Electrolyte for electric double-layer capacitor and electric double layer capacitor
JP2017091739A (en) * 2015-11-06 2017-05-25 トヨタ自動車株式会社 Method for measurement of coverage of catalyst

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007194614A (en) * 2005-12-21 2007-08-02 Showa Denko Kk Electric double layer capacitor
WO2013021910A1 (en) * 2011-08-05 2013-02-14 国立大学法人大阪大学 Porosity measurement apparatus and porosity measurement method
JP2014022425A (en) * 2012-07-13 2014-02-03 Panasonic Corp Capacitor
JP6990403B2 (en) * 2015-06-25 2022-01-12 株式会社カワノラボ Dispersion analysis method and analyzer
JP6661198B2 (en) 2015-10-23 2020-03-11 株式会社カワノラボ Particle analyzer

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008277503A (en) * 2007-04-27 2008-11-13 Japan Carlit Co Ltd:The Electrolyte for electric double-layer capacitor and electric double layer capacitor
JP2017091739A (en) * 2015-11-06 2017-05-25 トヨタ自動車株式会社 Method for measurement of coverage of catalyst

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
河野誠: "磁化率を利用した新しい粒子分析装置MAIty", ON-LINE, JPN6023007207, 25 July 2014 (2014-07-25), ISSN: 0005000633 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP7438543B2 (en) 2024-02-27
WO2019212056A1 (en) 2019-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Günter et al. Introduction to electrochemical impedance spectroscopy as a measurement method for the wetting degree of lithium-ion cells
Lu et al. Microstructural evolution of battery electrodes during calendering
Weydanz et al. Visualization of electrolyte filling process and influence of vacuum during filling for hard case prismatic lithium ion cells by neutron imaging to optimize the production process
Sacci et al. Nanoscale imaging of fundamental Li battery chemistry: solid-electrolyte interphase formation and preferential growth of lithium metal nanoclusters
Schilling et al. X-ray based visualization of the electrolyte filling process of lithium ion batteries
Mehdi et al. Observation and quantification of nanoscale processes in lithium batteries by operando electrochemical (S) TEM
Bormann et al. An ultrafast electron microscope gun driven by two-photon photoemission from a nanotip cathode
Schröder et al. Visualizing current-dependent morphology and distribution of discharge products in sodium-oxygen battery cathodes
O’Regan et al. CTAB-influenced electrochemical dissolution of silver dendrites
Sun et al. Simultaneous electrochemical determination of guanosine and adenosine with graphene–ZrO2 nanocomposite modified carbon ionic liquid electrode
Unocic et al. In situ electrochemical scanning/transmission electron microscopy of electrode–electrolyte interfaces
Matsuda et al. Effect of electrolyte filling technology on the performance of porous carbon electrode-based lithium-oxygen batteries
JP7350334B2 (en) Particle separation method
JP7438543B2 (en) Evaluation method for electrochemical devices
Sun et al. Na electrodeposits: a new decaying mechanism for all-solid-state Na batteries revealed by synchrotron X-ray tomography
Saeed et al. Evaluation of bismuth modified carbon thread electrode for simultaneous and highly sensitive Cd (II) and Pb (II) determination
Sasaki et al. On-chip electrochemical analysis combined with liquid-phase electron microscopy of zinc deposition/dissolution
CN102735599A (en) Method for measuring pore distribution of porous structure body
Sano et al. Effect of temperature on Li electrodeposition behavior in room-temperature ionic liquids comprising quaternary ammonium cation
Paulisch et al. Operando synchrotron imaging of electrolyte distribution in silver-based gas diffusion electrodes during oxygen reduction reaction in highly alkaline media
US20160146756A1 (en) Magnetohydrodynamic Microfluidic Systems Including Modified Electrodes And Methods Of Using The Same
Daboss et al. The potential of scanning electrochemical probe microscopy and scanning droplet cells in battery research
He et al. A new redox flow battery of high energy density with V/Mn hybrid redox couples
Sopha et al. Wireless electrosampling of heavy metals for stripping analysis with bismuth-based janus particles
CN104778730B (en) The degree of scatter detection device of the particle of accumulator material in electric energy storage device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200811

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220426

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20220426

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20220426

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230228

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230501

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230808

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20231006

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240109

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240206

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7438543

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150