京都大學開發了一項同時兼具「高水溶性」與「高電鍍」兩種特性之全新概念的溶融鹽,且經實證成功地做到矽、鈦、鎢的電鍍,獲得平滑細密的薄膜。
溶融鹽在電氣化學性方面相當穩定,並可電氣解析出各種金屬(包含水溶液中無法電解的金屬),可望擴大應用於金屬冶煉、回收與電鍍方面,例如鋁、鎂、稀金屬的冶煉即以高溫溶融鹽進行。然而由於附著於鍍膜表面的鹽會固化且難以去除等問題,以致實用化較無進展。有鑑於此,研發團隊提出了同時符合「僅以易溶於水的鹽構成」與「大量含有容易獲得膜狀電解物之氟化物離子」之溶融鹽,即共晶組成的KF-KCI與CsF-CsCI,並進行相關研究。
在矽的研究方面,研發團隊在KF-KCI中添加K2SiF6或SiCl4,於600~800℃進行電解,並確認在任一溫度下皆成功電解出矽膜。此外,亦發現依據膜中的雜質,會呈現P型或N型的半導體特性。今後若能控制雜質摻雜量,自由電解出P型或N型矽膜的話,將可望發展出新型矽晶太陽電池的簡易製作手法。
而在鈦的研究中,透過在650℃的KF-KCI中添加K2TiF6、海綿鈦,在備有三價鈦離子的液體中進行電解,成功電解出平滑細密的鈦膜,並在模擬海水中進行耐腐蝕性驗證,確認耐腐蝕效果超越市售鈦板。若能在低成本的基材上製作出高品質的鈦膜,將可望做為100%鈦製產品的替代品。
另在鎢的研究中於650℃的KF-KCI與500~650℃的CsF-CsCI中添加WO3,並進行電解,成功地獲得了平滑細緻的鎢膜,且發現依據不同溫度所得之鎢膜結晶構造(α相與β相)也會有所變化。此外,透過500℃的電解亦成功地獲得鏡面的鎢膜,同時也是「高溫溶融鹽中擁有鏡面金屬膜之電解」世界首例。研發團隊將針對電解原理更進一步的解析,付諸實用化,並延伸應用至鋯、鉭等其他金屬的電解。
資料來源:https://www.kyoto-u.ac.jp/sites/default/files/2023-07/230719_nohira-f9949cb2b8cced99d77c3fe4128a1702.pdf