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化学電池の材料化学 化学電池の材料化学

杉本克久 著

2010年9月10日 初版1刷
2013年5月30日 初版2刷
ISBN 978-4-901496-56-8 C3054
発行 アグネ技術センター
A5判・並製/ 264頁
定価 3,024円(本体 2,800円+税 8%)

→厚さ:14mm,重さ:400g

化学電池は、材料化学の知識と材料集積化の技術を発揮するのに適した対象である。
本書は、金属・材料系の学生・技術者に対し、化学電池に関する基礎的知識と電池構成材料に関する専門的知識を提供することを目的に書かれた。化学電池の歴史的変遷、電池の構造と構成材料の果たす役割、電池機能の理解に必要な電気化学理論などをまとめている。
深刻化する地球環境問題の重要な解決策として高性能化学電池の開発が急がれる今、電池の現状把握と将来への開発指針を得るためには、最適の一書である。

[目次]

まえがき

第1章 電池の種類と発展の歴史
 1.1 材料システムとしての電池
 1.2 電池の分類
 1.3 一次電池,二次電池,燃料電池の発明史
  ホーヤットラップア電池
  ガルバーニの実験
  ボルタ電池
  ダニエル電池
  グローブの燃料電池
  プランテ電池
  ルクランシェ電池
  ガスナー乾電池
  屋井乾電池
 1.4 化学電池の共通的構造
 1.5 電池技術開発の社会的重要性
<コラム>電池の正しい使い方
参考文献

第2章 一次電池の電極反応と材料
 2.1 一次電池に求められている事柄
 2.2 一次電池の構造
 2.3 各種一次電池の特徴と用途
  2.3.1 マンガン乾電池
  2.3.2 アルカリマンガン乾電池
  2.3.3 酸化銀電池
  2.3.4 空気・亜鉛電池
  2.3.5 二酸化マンガン・リチウム電池
  2.3.6 フッ化黒鉛・リチウム電池
  2.3.7 塩化チオニル・リチウム電池
 2.4 アルカリマンガン乾電池の構造と電極反応
  2.4.1 構造
  2.4.2 起電反応
  2.4.3 合剤
 2.5 二酸化マンガン・リチウム電池の構造と電極反応
  2.5.1 構造
  2.5.2 起電反応
  2.5.3 有機溶剤
 2.6 発展途上の一次電池
 2.6.1 固体電解質電池
 2.6.2 固体ポリマー電解質電池
<コラム>一次電池,二次電池の生産量と生産額
参考文献

第3章 二次電池の電極反応と材料
 3.1 二次電池に求められている事柄
 3.2 二次電池の構造
 3.3 各種二次電池の特徴と用途
  3.3.1 鉛蓄電池
  3.3.2 ニッケル・カドミウム蓄電池
  3.3.3 ニッケル・水素電池
  3.3.4 リチウム二次電池
  3.3.5 リチウムイオン二次電池
  3.3.6 ニッケル・亜鉛電池
  3.3.7 亜鉛・塩素電池
  3.3.8 レドックスフロー電池
  3.3.9 ナトリウム・硫黄電池
 3.4 鉛蓄電池の構造と電極反応
  3.4.1 構造
  3.4.2 起電反応
  3.4.3 鉛蓄電池の新技術
 3.5 ニッケル・水素電池の構造と電極反応
  3.5.1 構造
  3.5.2 起電反応
  3.5.3 正極活物質
  3.5.4 負極活物質
  3.5.5 水素吸蔵合金
 3.6 リチウムイオン二次電池の構造と電極反応
  3.6.1 構造
  3.6.2 起電反応
  3.6.3 正極活物質
  3.6.4 負極活物質
  3.6.5 固体電解質界面相
  3.6.6 研究開発中の正極材料
  3.6.7 研究開発中の負極材料
  3.6.8 有機電解液
  3.6.9 研究開発中の電解質
 3.7 発展途上の二次電池
  3.7.1 全固体薄膜二次電池
  3.7.2 ポリマー二次電池
 3.8 二次電池の充電方法
<コラム>メモリー効果
参考文献

第4章 燃料電池の電極反応と材料
 4.1 燃料電池に求められている事柄
 4.2 燃料電池の構造
 4.3 各種燃料電池の特徴と用途
  4.3.1 アルカリ型燃料電池
  4.3.2 リン酸型燃料電池
  4.3.3 溶融炭酸塩型燃料電池
  4.3.4 固体酸化物型燃料電池
  4.3.5 固体高分子型燃料電池
 4.4 リン酸型燃料電池の構造と材料
  4.4.1 構造
  4.4.2 電解質としてリン酸を用いる得失
  4.4.3 起電反応
  4.4.4 燃料ガス/電解質水溶液/電極三相界面
  4.4.5 機能分離型電極
 4.5 固体酸化物型燃料電池の構造と材料
  4.5.1 構造
  4.5.2 起電反応
  4.5.3 燃料ガス/固体電解質/電極三相界面
  4.5.4 酸化物系および無機酸塩系固体電解質
  4.5.5 複合発電と排熱利用による熱効率向上
  4.5.6 中温作動固体酸化物型燃料電池
 4.6 固体高分子型燃料電池の構造と材料
  4.6.1 構造
  4.6.2 起電反応
  4.6.3 電極触媒
  4.6.4 固体高分子電解質の種類と特徴
  4.6.5 パーフルオロスルホン酸膜の伝導機構
  4.6.6 パーフルオロスルホン酸膜の劣化
  4.6.7 セパレータ材料
 4.7 直接メタノール型燃料電池
  4.7.1 特徴
  4.7.2 構造
  4.7.3 起電反応
  4.7.4 電極触媒
  4.7.5 電解質膜のメタノールクロスオーバー
  4.7.6 電池性能向上のための研究開発
 4.8 水素の製造方法
  4.8.1 メタンの水蒸気改質
  4.8.2 メタン以外の炭化水素化合物の水蒸気改質
  4.8.3 水素の精製技術
 4.9 水素の貯蔵方法
  4.9.1 水素の性質
  4.9.2 圧縮ガスによる貯蔵
  4.9.3 液化水素による貯蔵
  4.9.4 水素吸蔵合金による貯蔵
  4.9.5 有機ハイドライドによる貯蔵
  4.9.6 ナノ構造炭素材料による貯蔵
  4.9.7 リチウム・窒素複合材料による貯蔵
<コラム>地球環境問題対策における電池の役割
参考文献

第5章 電気モーター駆動自動車の電池システム
 5.1 自動車用電池と携帯機器用電池の違い
 5.2 電気モーター駆動自動車
  5.2.1 電気モーター駆動自動車の種類
  5.2.2 電気モーター駆動自動車への社会の期待
 5.3 電気モーター駆動自動車用電池
  5.3.1 電気モーター駆動自動車用電池の要件
  5.3.2 電気自動車用二次電池に求められる性能
 5.4 電気自動車用二次電池システム
  5.4.1 二次電池システムの構成
  5.4.2 電気自動車の電力−動力システム
  5.4.3 電気自動車用リチウムイオン二次電池
  5.4.4 電気自動車の二次電池への充電
 5.5 ハイブリッド自動車用二次電池システム
  5.5.1 ハイブリッド自動車の電力−動力システム
  5.5.2 ハイブリッド自動車用二次電池
  5.5.3 ニッケル・水素電池システム
 5.6 燃料電池自動車用燃料電池システム
  5.6.1 燃料電池自動車用の燃料電池
  5.6.2 燃料電池自動車の電力−動力システム
  5.6.3 燃料電池自動車用の燃料電池システム
  5.6.4 自動車用固体高分子型燃料電池
  5.6.5 燃料電池への水素の供給
 <コラム>リチウムの資源問題
 参考文献

第6章 化学電池の電気化学
 6.1 電池機能の電気化学
 6.2 単一電極上での電気化学反応の平衡電位
 6.3 電池の起電力
 6.4 Nernstの式を使って電池の起電力を求める方法
 6.5 単一電極上での電気化学反応の反応速度
 6.6 電池反応の分極曲線
 6.7 Tafelの式を使って電池の作動電圧を評価する方法
 6.8 放電に伴う分極曲線の変化
 6.9 電池の放電曲線
 6.10 電池の放電曲線から電池の容量とエネルギー密度を求める方法
 6.11 電池の損失
 6.12 電解質溶液の比導電率
 6.13 イオンの移動度
 6.14 電解質溶液の当量導電率
 6.15 イオンの輸率
 6.16 液間電位
 6.17 膜電位
 6.18 金属電極の腐食(自己放電)の局部電池
<コラム>電気二重層キャパシタ
参考文献

第7章 実用電池の性能評価
 7.1 電池の性能評価
 7.2 電池性能の指標
  7.2.1 一次電池,二次電池の性能指標
 7.3 実用電池に求められる条件
 7.4 電極特性の解析・評価
 7.5 電流−電位曲線
  7.5.1 定電位分極曲線の測定法
  7.5.2 分極曲線から交換電流密度を評価する方法
 7.6 クロノポテンショメトリー
 7.7 サイクリックボルタンメトリー
 7.8 電気化学インピーダンス法
  7.8.1 周波数応答解析器の原理
  7.8.2 電気化学インピーダンスの測定
  7.8.3 電池系のセルインピーダンス
  7.8.4 電荷移動抵抗
  7.8.5 半無限拡散の場合の拡散抵抗
  7.8.6 有限拡散の場合の拡散抵抗
  7.8.7 電池系のインピーダンス軌跡とその解析例
 7.9 電池のi-V曲線の解析
  7.9.1 各種過電圧とi-V曲線
  7.9.2 電池の作動電圧の推定
  7.9.3 最大出力密度の評価
 7.10 燃料電池の発電効率の評価
 7.11 電位-pH図による電池反応の解析
<コラム>電池のリサイクル
参考文献

索 引

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