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1090853 journal
電力

TarZの日記: 【理論と応用は別】長年の謎だった二酸化鉛の導電率の高さのメカニズムが解明される 5

日記 by TarZ

 クルマのエンジンをかける度にお世話になっている鉛蓄電池。大きな電流をとりだせるため、セルモーターを回すといったパワフルな用途に適しているが、正極の活物質である二酸化鉛の導電率が高いメカニズムについては、長いこと決着していなかったらしい。
 その細かいメカニズムが、理論と実験からようやく解明できたという話。

Physical Review Letters Nature of the Band Gap and Origin of the Conductivity of PbO2 Revealed by Theory and Experiment

 細かい原理が未解明でも応用することはできるとはいえ、あれだけ日常的に利用されているものが…。

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  • バルクにおいて金属なのか半導体なのかすら決着が付いてないって凄いですね.
    (今回の計算では狭ギャップ半導体が示唆されるようですが)

  • アルカリ乾電池の負極は粒径100ミクロンくらいの亜鉛粒子と強アルカリのゲルを混合したものだけど、電池が放電するに従い亜鉛粒子は表面から半導体の酸化亜鉛に変化していく。
    不思議なことに放電が進行して粒子が酸化亜鉛になっていっても中心部の亜鉛金属の酸化反応は継続される(粒子中心まで電子が届いている)し、集電の金属棒から20mmも離れた粒子においても反応は進行する。半導体のはずの酸化亜鉛がなんで電子を通すんだ?
    • アルカリ乾電池に使う亜鉛粒子って,表面だけ他の金属との合金にしてませんでしたっけ?
      (昔は水銀とのアマルガムだったのが,最近は水銀ゼロ使用とかで他の金属に置き換わってますが)

      これら添加金属によって粒子表面が絶縁化するのを防ぎ粒子間での導電性を確保,一方酸素(水)は中に浸透して,粒子内では酸素の拡散によって酸化が進行する,とかそんな気が.

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      • アルカリ乾電池に使う亜鉛粉にはインジウムとかがppmオーダーで入ってるのですが、これは亜鉛が酸化して水素ガスを発生することを防止するのが主目的で、添加しなくても放電は問題なくできます。
        亜鉛粉の表面だけを合金にするというコストのかかる処理は市場に流通している電池にはされていません。(溶融した亜鉛をガスアトマイズで微粉化したものを分級しただけで使います)

        アルカリ乾電池の電解液を強アルカリからマンガン電池用の塩化亜鉛に変えると全然放電しないというのも不思議。
        昔アルカリ乾電池に関わっていたのですが、アルカリ乾電池の中の酸化亜鉛がなんで伝導度が高いのかみんな不思議がっていました。
        親コメント
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日々是ハック也 -- あるハードコアバイナリアン

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