フロー電池電極作製のためのフォーススピニングを用いた溶融紡糸プロセスの検討

摘要

近年，太陽光や風力などの再生可能エネルギーの導入促進が進められたことで，電力系統の安定化のための大規模電力貯蔵という用途が電池デバイスのニーズとして加わった．大規模電力貯蔵用途での利用が見込まれる電池デバイスとしてレドックスフロー電池がある．レドックスフロー電池は電解液を貯蔵するタンク，送液ポンプ及び電極と電解質膜から成る電池本体から構成され，活物質を含んだ電解液をタンクから電池本体に供給し電解液中のイオンの価数変化によって充放電を行う二次電池である．この電池は大規模化が容易で長寿命であるという特徴をもつ一方，他の電池に比べてエネルギー密度やエネルギー変換効率が低いという課題が指摘されてきた．しかしながら，近年，薄型多孔質電極と櫛歯構造流路の導入による電池性能の向上が報告され(1)，さらに，多孔質電極のファイバー径の微細化と空隙率の増大がさらなるセル性能の向上をもたらすことがシミュレーションにより示唆された(2)．現在，報告されている微細ファイバー作製方法である電解紡糸法は，一般に炭素繊維前駆体であるポリアクリロニトリルを溶媒に溶かして紡糸を行うため高空隙率多孔質の作製には必ずしも適しておらず，電場を利用するため使える物質にも制限がある，という課題がある．そこで，本研究ではポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂で実績のあるナノファイバー紡糸手段の一つである遠心紡糸法に着目した．炭素繊維前駆体としてポリアクリロニトリルに代わり熱可塑性のピッチ材料を用いて溶融遠心紡糸を行い，炭素ファイバー径の微細化と高空隙化，さらに電極作製のための熱処理条件についての検討を行う．