炭素材料の電気化学的特性の評価法 1:電気化学測定の基礎とサイクリックボルタンメトリー

Abstract

2次電池の負極材料やキャパシタ用の電極材料として利用されている炭素材料の電気化学的特性評価法の基礎について解説した。炭素電極の利用法を電気化学反応の観点から整理し、次の4種類に分類した。(1)炭素表面上での電気化学反応を利用、(2)炭素そのものの電気化学反応を利用、(3)炭素表面上でのイオンの吸脱着現象を利用、および(4)炭素を集電体(集電極)として用いる場合。まず、最低限必要な装置類、電極の作り方、測定法に関して説明した。電極電位は参照極、作用極、対極を用いた3極式電気化学セルを用いて測定する。電極電位を一定にする定電位法(potentiostatic method)、または電流を一定にする定電流法(galvanostatic method)を用いる。その電位・電流制御にはポテンショガルバノスタットを用いる。化学種の酸化還元電位や電荷移動速度を評価する場合にはサイクリックボルタンメトリーを用いる。次に上記(1)に関して板状、繊維(線)状の断面のみ、および塊状や粉末状の試料に対する測定法のノウハウの事例を紹介した。最後に電気化学セルの構成と得られたサイクリックボルタモグラムを示した。

The paper explains the basis of the evaluation method for electrochemical properties of carbon materials used as the electrode material of secondary batteries and capacitors. The use of carbon electrode is categorized according to the type of electrochemical reaction and classified into the following four types: (1) use of electrochemical reaction on the surface of carbon; (2) use of the electrochemical reaction of carbon itself; (3) use of the adsorption and desorption of ions on the surface of carbon; and (4) use of carbon as current collector (collector electrode). First, the minimum necessary equipment, how to prepare the electrode, and the measuring method are explained. The electrode potential is measured using a three-electrode type electrochemical cell equipped with the reference, working and counter electrodes. The potentiostatic method in which the level of electrode potential is kept constant and the galvanostatic method in which the level of current is kept constant are used in the measurement. For the control of their potential and current levels, a potentiogalvanostat is used. In case the redox potential or the charge transfer rate of the chemical substance has to be evaluated, cyclic voltammetry is used. Then, regarding the above (1), the paper gives some know-how using actual cases for measuring plate samples, the isolated cross section of a fibrous (filament) sample, and lump and powder samples. Finally, the paper shows the structure of electrochemical cell and the obtained cyclic voltammogram.