溶融塩電気めっきの実用化に向け、新たな溶融塩を開発　京都大

• Tweet
• 

京都大学は2023年7月20日、塩の高い水溶性と高いめっき能力の両方を兼ね備えた溶融塩を開発し、シリコン、チタン、タングステンのめっきに成功したと発表した。溶融塩は電気化学的に安定し、さまざまな金属を電析できるため、金属製錬やめっきの分野での利用が期待されている。同大は溶融塩電気めっき技術の実用化につながる成果だとしている。

溶融塩は、広い電気化学窓とさまざまな金属塩に対する高い溶解能を持つことから、金属の製錬やリサイクル技術への応用が期待されており、アルミニウムやマグネシウム、レアアースなどの金属では、既に高温の溶融塩を用いて製錬が行われるなど、実用化も進んでいる。

水溶液では電析できない金属も、溶融塩を使えば電析できることから、金属めっきへの応用も期待されている。しかし、めっき膜表面に付着した塩が固化してしまうのが、実用化に向けた課題の一つとなっていた。

同大学の研究グループは、「水に溶けやすい塩だけで構成される」「膜状の電析物を得られやすくするフッ化物イオンが多く含まれる」という条件を満たす溶融塩を検討した結果、KF–KClとCsF–CsClに着目。シリコン、チタン、タングステンを使って、めっきを試みた。

実験では、KF–KClとCsF–CsClに、シリコン、チタン、タングステン源をそれぞれ添加した後に、さまざまな条件で電析を試みたところ、いずれも平滑で緻密な膜を生成するのに成功した。

シリコンでは、KF–KCl溶融塩にケイフッ化カリウム（K₂SiF₆）または四塩化ケイ素（SiCl₄）を添加し、650～800℃で電析を行うと、どの温度でもシリコン膜を電析できることを確認。膜に含まれる不純物に応じて、P型または、N型の半導体特性を示すこともわかった。今後、ドーピング量をコントロールすることで自在にP型とN型のシリコン膜を電析できるようになれば、結晶系シリコン太陽電池の新しい簡単な作製法となる可能性がある。

チタンの場合は、650℃のKF–KCl溶融塩にヘキサフルオロチタン(IV)酸カリウム（K₂TiF₆）とスポンジチタンを添加し、三価のチタンイオンを準備した浴中で電析を行うと、平滑で緻密なチタン膜の電析に成功した。市販のチタン板を超える耐食性を持つことも分かり、高品質なチタンめっきへの応用が期待できる。

タングステンでは、650℃のKF–KCl溶融塩と500～650℃のCsF–CsCl溶融塩に三酸化タングステン（WO₃）を添加することで、平滑で緻密なタングステン膜が生成できた。さらに、温度によって、生成されるタングステン膜の結晶構造が変化することを発見し、500℃での電析では鏡面を持つタングステン膜となった。高温溶融塩中で鏡面を持つ金属膜を電析したのは、世界初の事例となる。

研究グループは今後、シリコン、チタン、タングステン膜の実用化に向けた実証試験を行うともに、電析メカニズムの解明を進める。さらにジルコニウムやタンタルなど他の金属の電析にも取り組んでいく。

今回の成果は2023年7月4日、アメリカ化学会の国際学会誌「Accounts of Chemical Research」に掲載された。

関連情報

新しいコンセプトに基づいたシリコン・チタン・タングステン電析用溶融塩―溶融塩電気めっき技術の実用化を目指して― | 京都大学