| |
頁 |
第1章 電極概論 |
1 |
1.1 電極の呼び方 |
1 |
| 1.2 電極技術の最新動向 |
3 |
| 1.2.1 概要 |
3 |
| 1.2.2 新しい電極の開発動向 |
3 |
| (1) 触媒活性を有する電極 |
3 |
| (2) 特殊形態電極 |
4 |
| A. 液透過性電極 |
4 |
| B. 電池の活物質保持電極 |
4 |
| C. ナノ・メソ構造電極 |
4 |
| 引用文献 |
5 |
第2章 ナノ構造材料の電極への応用 |
6 |
2.1 フラーレン |
6 |
| 2.1.1 概要 |
6 |
| 2.1.2 製造方法 |
8 |
| 2.1.3 電極への応用 |
9 |
| 2.1.4 フラーレンの電極への応用に関する国内特許 |
9 |
| 2.1.5 課題と将来展望 |
12 |
2.2 カーボンナノチューブ(CNT) |
13 |
| 2.2.1 概要 |
13 |
| 2.2.2 製造方法 |
15 |
| (1) アーク放電法 |
15 |
| (2) レーザ蒸発法 |
15 |
| (3) 化学気相成長法(CVD) |
16 |
| (4) CNTの精製 |
17 |
| 2.2.3 電極への応用 |
17 |
| 2.2.4 カーボンナノチューブの電極への応用に関する国内特許 |
19 |
| 2.2.5 課題と将来展望 |
29 |
2.3 その他の炭素材料 |
30 |
| 2.3.1 その他のナノカーボン材料 |
30 |
| 2.3.2 黒鉛、ダイヤモンド、炭素繊維 |
30 |
2.4 ナノ粒子 |
31 |
| 2.4.1 概要 |
31 |
| 2.4.2 金属ナノ粒子の製造 |
34 |
| 2.4.3 電極への応用 |
39 |
| 2.4.4 課題 |
42 |
| 2.4.5 企業および研究機関の取り組み |
42 |
2.5 自己組織化単分子膜 |
43 |
| 2.5.1 概要 |
43 |
| 2.5.2 電極への応用 |
44 |
| 引用文献 |
45 |
第3章 電極各論 |
47 |
3.1 電池の電極 |
47 |
| 3.1.1 電池概論 |
47 |
| (1) 電池の分類 |
47 |
| (2) 電池の市場 |
49 |
| (3) 電池に対する要望 |
52 |
| (4) 自動車用途 |
52 |
| (5) 環境対策・省資源化 |
54 |
| 3.1.2 一次電池の電極 |
55 |
| (1) マンガン乾電池 |
55 |
| (2) アルカリマンガン乾電池 |
57 |
| (3) ニッケル・マンガン乾電池(オキシライド乾電池) |
59 |
| (4) リチウム一次電池 |
61 |
| A. 二酸化マンガン・リチウム電池 |
62 |
| B. 弗化黒鉛・リチウム電池 |
63 |
| C. 塩化チオニル・リチウム電池 |
64 |
| D. 二酸化硫黄・リチウム電池 |
64 |
| (5) 酸化銀電池 |
65 |
| (6) 空気電池 |
66 |
| 引用文献 |
67 |
| 3.1.3 二次電池の電極 |
69 |
| (1) リチウムイオン二次電池 |
69 |
| A.電極反応 |
69 |
| B.リチウムイオン二次電池の利点と問題点 |
70 |
| C. 電極材料 |
72 |
| イ.正極材料 |
73 |
| ロ.負極材料 |
75 |
| a. グラファイト |
75 |
| b. カーボンナノチューブ |
76 |
| c. 合金材料 |
79 |
| d. 金属リチウム |
81 |
| e. 金属酸化物複合ナノポーラス材料 |
83 |
| D. 電解質材料(ゲルポリマーおよび固体電解質) |
84 |
| イ.液状電解質 |
84 |
| ロ.ゲルポリマー |
85 |
| ハ.無機固体電解質 |
85 |
| E. 企業および研究機関の取り組み |
87 |
| (2) リチウムイオンポリマー電池 |
87 |
| (3) ニッケル水素電池 |
89 |
| A. 原理と構造 |
89 |
| B. 電池材料 |
91 |
| イ.正極 |
91 |
| ロ.負極 |
94 |
| ハ.電解質・セパレータ |
95 |
| C. 自動車用途 |
96 |
| (4) ニッケルカドミウム電池(ニカド電池) |
97 |
| A. 原理および構造 |
97 |
| B. ニカド電池の特長 |
98 |
| (5) 大型二次電池 |
99 |
| A. ナトリウム硫黄電池(NAS電池) |
99 |
| イ.原理 |
99 |
| ロ.構造 |
100 |
| ハ.現状 |
103 |
| B. レドックスフロー電池 |
104 |
| イ.原理 |
104 |
| ロ.構造 |
105 |
| ハ.レドックスフロー電池の特徴 |
107 |
| ニ.現状 |
107 |
| C. その他 |
108 |
| (6) 鉛蓄電池 |
109 |
| A. 原理と構造 |
109 |
| B. 電極 |
110 |
| C. 密閉型蓄電池 |
111 |
| D. 電力用途での鉛蓄電池の利用 |
112 |
| E. 鉛蓄電池の特徴 |
113 |
| F. 用途 |
113 |
| (7) 電気二重層キャパシタ |
114 |
| A. 原理 |
115 |
| B. 構造 |
117 |
| C. 電解液 |
119 |
| D. 電極材料 |
120 |
| イ.比表面積 |
121 |
| ロ.細孔径分布 |
121 |
| ハ.表面酸素(官能基)濃度 |
124 |
| ニ.表面結晶構造 |
124 |
| ホ.電子伝導度 |
124 |
| E. 用途 |
127 |
| F. 企業の技術開発・製品化動向 |
128 |
| イ.松下グループ(松下電器産業、松下電子部品、松下電工など) |
129 |
| ロ.NECグループ(NECトーキン、NECトーキンセラミックス) |
129 |
| ハ.日本ケミコン |
129 |
| ニ.明電舎 |
130 |
| ホ.日本電子 |
131 |
| ヘ.パワーシステム |
132 |
| ト.旭硝子 |
132 |
| チ.日産ディーゼル工業 |
133 |
| リ.本田技研工業 |
133 |
| G. 課題と将来展望 |
134 |
| (8) その他の二次電池 |
134 |
| A. 有機ラジカル電池 |
134 |
| B. プロトンポリマー電池 |
138 |
| C. 空気-金属(二次)電池 |
142 |
| 引用文献 |
145 |
| 3.1.4 燃料電池とその電極 |
147 |
| (1) 概要 |
147 |
| A. 発電システムの概要 |
147 |
| イ.燃料電池の動作原理 |
147 |
| ロ.燃料の改質 |
148 |
| ハ.燃料電池の特徴 |
150 |
| B. 用途 |
151 |
| C. 開発の現状、および企業・研究機関の取り組み |
154 |
| (2) 燐酸型燃料電池(PAFC) |
156 |
| A. 原理と構成 |
156 |
| B. 電極材料とその特性 |
157 |
| C. 課題と将来展望 |
158 |
| (3) 溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC) |
159 |
| A. 原理と構成 |
160 |
| B. 電池材料とその特性 |
161 |
| C. 課題と将来展望 |
164 |
| (4) 固体酸化物型燃料電池(SOFC) |
164 |
| A. 原理と構成 |
164 |
| B. 電極材料とその特性 |
165 |
| C. 低温作動型の開発 |
168 |
| D. 課題と将来展望 |
169 |
| (5) 固体高分子型燃料電池(PEFC) |
169 |
| A. 原理と構成 |
169 |
| イ.燃料および改質器 |
171 |
| ロ.電極 |
171 |
| ハ.電解質 |
173 |
| ニ.セパレータ |
174 |
| B. 電極材料とその特性 |
176 |
| イ.白金系触媒とコスト低減 |
176 |
| a. 白金触媒の使用量低減 |
176 |
| b. 白金代替触媒 |
178 |
| ロ.耐CO被毒性触媒 |
180 |
| a. 白金合金系触媒 |
181 |
| b. 有機金属錯体-白金系触媒 |
182 |
| ハ.触媒担体としての炭素材料 |
183 |
| C. 中温作動型の開発 |
187 |
| イ.パーフルオロスルホン酸ポリマーを基本組成とする膜 |
188 |
| ロ.非弗素系高分子膜 |
188 |
| ハ.無機系膜 |
189 |
| ニ.硫酸水素セシウム(CsHSO4)を基本組成とする複合電解質 |
189 |
| D. 主な用途 |
189 |
| イ.携帯機器・モバイル機器用途 |
189 |
| ロ.自動車用途 |
190 |
| ハ.家庭用 |
190 |
| E. 課題と将来展望 |
191 |
| (6) ダイレクトメタノール型燃料電池 (DMFC) |
193 |
| A. 原理と構成 |
193 |
| B. DMFCの技術的課題 |
195 |
| イ.メタノールクロスオーバーの抑制 |
195 |
| ロ.出力の向上 |
199 |
| ハ.吸排出問題 |
200 |
| C. 電極材料とその特性 |
200 |
| イ.触媒技術 |
200 |
| ロ.炭素系材料 |
201 |
| D. 超小型DMFC(マイクロDMFC) |
203 |
| E. DMFCの用途 |
205 |
| F. 課題と将来展望 |
206 |
| (7) その他の燃料電池：バイオ電池 |
207 |
| 引用文献 |
210 |
| 3.1.5 太陽電池とその電極 |
212 |
| (1) 原理 |
212 |
| (2) 太陽電池の種類 |
213 |
| (3) 電極とその材料 |
214 |
| (4) シリコン太陽電池 |
215 |
| A. 単結晶シリコン太陽電池 |
215 |
| イ.両面受光型 |
216 |
| ロ.裏面電極型 |
217 |
| ハ.アモルファスシリコン薄膜の積層 |
218 |
| B. ポリシリコン太陽電池 |
219 |
| C. アモルファス太陽電池 |
220 |
| (5) 化合物半導体太陽電池 |
225 |
| A. 化合物半導体太陽電池の種類 |
225 |
| イ.III-V族化合物 |
225 |
| ロ.II-VI族太陽電池 |
226 |
| ハ.I-III-VI2族太陽電池 |
227 |
| B. 最近の化合物太陽電池研究例 |
228 |
| イ.多接合型・集光型化合物太陽電池 |
228 |
| ロ.化合物フレキシブル太陽電池 |
230 |
| (6) 有機薄膜太陽電池(有機半導体太陽電池) |
231 |
| (7) 色素増感太陽電池とその電極 |
233 |
| A. 原理と構成 |
233 |
| B. 電極材料 |
236 |
| C. 製造方法 |
237 |
| イ.酸化チタン電極 |
237 |
| a. 加圧プレス法 |
238 |
| b. 静電的電着法 |
238 |
| c. TiO2ナノ粒子の水熱合成法による成膜 |
239 |
| ロ.酸化亜鉛電極 |
240 |
| D. エネルギー貯蔵型色素増感太陽電池 |
242 |
| (8) 太陽電池の課題と将来展望 |
244 |
| 引用文献 |
247 |
3.2 電子部品の電極 |
248 |
| 3.2.1 集積回路の電極と配線材料 |
248 |
| (1) シリコンLSI技術の概要 |
248 |
| (2) LSIの電極および電極材料 |
252 |
| A. ゲート電極 |
252 |
| イ.多結晶シリコンゲート電極 |
252 |
| ロ.シリサイド/多結晶シリコンゲート電極 |
253 |
| ハ.メタルゲート電極 |
254 |
| a. FUSI法 |
255 |
| ニ.デュアルメタルゲート |
257 |
| B. IC・LSIの電極、配線材料の問題点 |
259 |
| イ.MOSFET |
259 |
| ロ.多層配線 |
260 |
| (3) LSIパッケージ技術と微細接合技術 |
263 |
| A. 微細接合技術 |
263 |
| B. 鉛フリーハンダの動向 |
266 |
| C. 電子デバイスのパッケージングに用いられる微細接合 |
267 |
| イ.マウント作業 |
267 |
| ロ.ボンディング |
267 |
| ハ.封止 |
270 |
| (4) 3次元集積技術 |
270 |
| (5) 微細回路形成へのナノテクノロジーの応用 |
274 |
| A. カーボンナノチューブの配線材料への応用 |
275 |
| B. ナノギャップ電極 |
276 |
| C. 金ナノ粒子を用いた微細回路形成 |
277 |
| イ.金ナノ粒子の選択的吸着、および無電解メッキによる微細回路の形成 |
277 |
| ロ.金ナノ粒子の選択的集積による微細回路形成 |
278 |
| D. 選択的光化学析出法による微細銅回路の形成 |
279 |
| E. 界面ナノ構造制御による樹脂上への回路形成 |
280 |
| イ.樹脂の表面改質および紫外光照射を利用する微細回路の形成 |
281 |
| ロ.部位選択的表面改質を利用した銅回路形成 |
281 |
| 引用文献 |
281 |
| 3.2.2 ディスプレイに用いられる電極 |
283 |
| (1) 概 要 |
283 |
| A. 液晶ディスプレイ(LCD) |
284 |
| B. プラズマディスプレイ(PDP) |
286 |
| C. 有機ELディスプレイ |
288 |
| D. FED(フィールドエミッションディスプレイ、電界放出ディスプレイ) |
289 |
| (2) FED(フィールドエミッションディスプレイ) |
289 |
| A. FEDの概要 |
289 |
| イ.原 理 |
289 |
| ロ.素子の構造 |
291 |
| B. FEDの電極構造 |
293 |
| イ.スピント(Spindt)型FED |
293 |
| ロ.CNT型FED |
297 |
| a. 印刷法 |
297 |
| b. 触媒CVD法 |
299 |
| ハ.表面伝導型エミッタ(SCE: Surface Conduction Emission) |
301 |
| ニ.BSD(Ballistic electron Surface-Emitting Display)型 |
302 |
| ホ.その他のエミッタ |
304 |
| C. 企業動向 |
305 |
| (3) フレキシブル基板への回路形成 |
308 |
| (4) 透明電極 |
313 |
| A. 現状 |
313 |
| B. 製膜プロセス |
315 |
| イ.PVD法 |
315 |
| a. スパッタリング法 |
316 |
| b. 真空蒸着法 |
317 |
| c. イオンプレーティング法 |
318 |
| d.. PLD法 |
318 |
| ロ.CVD法 |
318 |
| ハ.スプレー熱分解法(SPD法、Spray Pyrolysis Deposition) |
319 |
| ニ.塗布法 |
319 |
| 引用文献 |
319 |
| 3.3 工業用電解に用いられる電極 |
321 |
| 3.3.1 水電解(水素製造) |
322 |
| 3.3.2 食塩電解 |
324 |
| (1) 概要 |
324 |
| (2) 電極反応および工程 |
325 |
| (3) 電極材料 |
327 |
| A. アノード電極材料 |
327 |
| B. カソード電極材料 |
330 |
| 3.3.3 その他の無機電解 |
331 |
| (1) クロレート電解 |
331 |
| (2) 次亜塩素酸ナトリウム(希薄塩水電解) |
333 |
| (3) 金属の電解析出技術 |
334 |
| A. 電解精錬 |
334 |
| B. 電解採取 |
335 |
| C. メッキ |
335 |
| 引用文献 |
335 |
