電気化学的特許庁

電気化学のお勉強



◆電極電位

アノード・カソードの反応を別々に捉え、
一方をある基準からの相対的電位で順位付けることができる。その基準としてｐH＝０、水素ガス１atmのときの水素活量できまる標準水素

電極電電位を０．０Vとして定義する。
実際の測定では水素電位を用いるより、
甘コウ電極や塩化銀電極が用いられる。
最近では飽和甘コウ電極に用いる水銀の規制のため、
塩化銀電極が用いられることが多い。
AgCl＋ｅ→Ag＋Cl


◆炭素電極

炭素は無定形、黒鉛、ダイヤ、フラーレンがある。
共役ｓｐ２結合による炭素の六角網目構造をとる。
電極としては伝導性は高く、強度、加工性、耐食性、伝熱性に優れる。
水素過電圧が大きいのも特徴である。

電池用炭素電極としてマンガン電池やリチウム電池で用いられる。
これは黒鉛の層状構造部分へのリチウムのインターかレーション反応を利用している。


◆無機固体電解質

イオン結晶でイオン伝導性を示す。
イオン空孔や格子間イオンを介してイオンが移動する。
例として、安定化ジルコニアがある。
ジルコニアは３つの結晶系があり、温度によって結晶系が変わり、それに伴う体積変化で焼結体が破壊されてしまう。
これを防ぐために、４価のZrを一部イットリウムで置換して高温相である立方晶を低温でも安定化させたものが
電解質として用いられる。


◆高分子固体電解質

無機固体電解質よりイオン伝導性が高い。
高分子鎖のセグメント運動によってイオンの配位位置が変わることで伝導性が得られる。
また大面積化が容易という利点もある。
炭化水素イオン交換膜が代表例。
食塩電解に用いるフッ素樹脂系イオン交換膜や、
リチウムイオンポリマー電池に用いられるポリエチレンオキシドもある。


◆電解重合成膜

電極表面でモノマーを電解酸化・還元することでカチオンラジカルやアニオンラジカルといった反応活性種を生成して重合反応を進める。
電極表面に高分子膜が得られることが多い。
アノード側の酸化によるものが主流。
伝導性の高い高分子膜が得られる。
センサーや光素子、電子素子への応用が研究されている。


◆化学センサー

電解重合膜を用いて、水素イオンを検出するpH応答型センサーが作製できる。
重合膜に酵素を固定化したバイオセンサーや
電気化学的に不活性な重合膜の分子ふるい的作用を利用したセンサーも検討されている。

◆水素吸蔵合金

大量の水素を吸蔵・放出できる合金。
パラジウム、チタン、ジルコニウム系などがある。
H2という水素分子が二つの水素原子に分かれて表面に吸着して結晶体の隙間に自由に移動する。
この反応が極めて瞬間的におこるのが特徴である。
低温で水素ガス圧が高いときに吸蔵して、
高温で水素ガス圧の低いときに放出する。
水素の分離、貯蔵や触媒への応用が研究されている。


◆焼結
成形体の融点の２／３からそれ以上の温度で加熱、緻密化して強度を上げる合成法。
拡散を主体とするプロセスで、粒子間の結合が進み、点接触から面接触への形状変化によって強度が上がる。
大別すると常圧焼結と加圧焼結がある。
常圧焼結がさらに液相焼結と固相焼結に分けられる。
固相焼結は反応を伴う反応焼結と単一成分の焼結がある。
焼結の基本プロセスは原子の拡散であり、
結晶中の点欠陥を媒介して原子が移動する。
原子の拡散に関わる点欠陥は不純物や転移と相互に関係して消長する。
　

◆石けん（界面活性剤）
代表的な界面活性剤である石けんの分子は
ＲＣＯＯＮａ
で表される。水中ではＲＣＯＯ－といったマイナスイオンになる。
Ｒは長い鎖状の炭化水素である。
石けん材料の脂肪酸はＲＣＯＯＨという構造で、
これをＮａ塩にしたものが石けんである。
Ｒ部分が疎水基であり、ＣＯＯ－部分が親水基である。
石けん分子は弱い酸である脂肪酸と強アルカリから構成されており水中では加水分解してアルカリ性を示す。
ＣＯＯＨのＨは金属イオンと反応しやすい性質をもつ。
そのため硬度の高い水や海水中では洗浄力が著しく低下する。
硬水とはＣａやＭｇなどの金属イオンを多く含む水であり、
ＣＯＯＨのＨと反応して水に不溶の金属石けんを作り、
洗浄作用を封じてしまう。

アルキル硫酸エステル酸である
ＲＯＳＯ３Ｎａ
を、用いた合成洗剤がＣＯＯＨ基がなく、硬水や海水中でも安定で、洗浄力が高い。