五酸化バナジウム(Vanadium Pentoxide)の概要と特徴

五酸化バナジウム(Vanadium Pentoxide)の概要と特徴

五酸化バナジウム(Vanadium Pentoxide)は化学式V₂O₅の無機化合物です。一般的に、五酸化バナジウム(Vanadium Pentoxide)として知られているこの物質は、茶色または黄色の固体ですが、水溶液で沈殿されると、色が濃いオレンジ色になります。酸化状態が高いため、両性酸化物であり酸化剤です。バナジウム(Vanadium)合金の主要前駆体であるバナジウム(Vanadium)の最も重要な化合物であり、広く使用されて産業触媒です。この化合物のミネラル形態であるShcherbinaiteは極めてまれであり、ほとんどの場合分岐孔(fumarole)で発見されます。ミネラル三水貨物のV₂O₅・3H2OはNavajoiteという名前でも知られています。

五酸化バナジウム(Vanadium Pentoxide)は、ガラス、光学およびセラミック応用分野で利用されています。高純度（99.999％）の酸化バナジウム(Vanadium Oxide)（V2O3）粉末は、固体酸化物燃料電池と酸素生成システムの陰極で使用されます。これらは、複数の酸素イオンと1つの金属陽イオンを含む化合物です。また、一般的に水溶液（水）に不溶であり非常に安定しています。金属酸化物化合物は、塩基性無水物であるため、酸化還元反応で酸および強力な還元剤と反応することができます。五酸化バナジウム(Vanadium Pentoxide)はペレット(pellet)、彫刻、粉末、スパッタリングターゲット(sputtering target)、錠剤、およびナノ粉末で生産されています。

バナジウム（Vanadium）の特性 

バナジウム（Vanadium）（原子記号:V、原子番号:23）は、原子量が50.9415のブロックD、グループ5、Period 4の元素です。 バナジウム(Vanadium)殻の各電子数は2、8、11、2であり、電子構成は(Ar)3d34s2です。 バナジウム原子の半径は134pm、ヴァンデルワルス（Vander Waals）半径は179pmです。 バナジウム(Vanadium)は1801年、Andres Manuel del Rioによって発見され、1830年、Nils Gabriel Sefströmによって初めて分離されました。 元素の形をしたバナジウム(Vanadium)は、青白い銀色の形をしています。 チタン(titanium)、アルミ(aluminum)、バナジウム(Vanadium)で構成され、商業的に生産される最も一般的なチタン合金(titanium alloy)であるチタン-6AL-4Vのような合金と鋼の添加剤に主に使われる硬くて軟性転移金属です。 バナジウムは化石燃料埋蔵地と65種類の異なる鉱物から発見されます。

バナジウム(Vanadium Pentoxide)の用途

 フェロバナジウム(Ferrovanadium)製造

 酸化バナジウム(Vanadium Oxide)の主な用途は、フェロバナジウム(Ferrovanadium)製造にあります。酸化物は、鉄スクラップとケイ素鉄(ferrosilicon)に加熱され石灰(lime)が添加されてケイ酸カルシウムスラグ(calcium silicate slag)を形成します。合金する合金材料として、アルミ（Aluminium）も使用することができ、副産物としてアルミナ(alumina)と鉄 - バナジウム(iron-vanadium)合金を生産することができます。

硫酸（Sulfuric acid）の生産

 酸化バナジウム（Vanadium Oxide）のもう一つの重要な用途は、硫酸（Sulfuric acid）の生産材料です。酸化バナジウム（Vanadium Oxide）は、加工の過程で空気によって二酸化硫黄（sulfur dioxide）が三酸化硫黄（sulfur trioxide）に変化し、弱く発熱する酸化を触媒する用途で利用されます。

触媒剤 

五酸化バナジウム(Vanadium Pentoxide)は、二酸化硫黄(sulfur dioxide)を三酸化硫黄(sulfur trioxide)により酸化させる接触法(contact process)の触媒として一般的に使われている酸化剤です。 これは、一部の発電所でNOx排出の選択還元触媒（SCR、selective catalytic reduction）に触媒として使用されています。 二酸化硫黄(sulfur dioxide)を三酸化硫黄(sulfur trioxide)と硫酸(Sulfuric acid)に変換する効果により、硫黄含有燃料を燃焼させる際、発電所のSCR選択還元触媒(SCR, selective catalyticreduction)装置の作動温度と配置には特別な注意が必要です。

検出器材料

高い熱抵抗係数(comefficient of thermal resistance)により、酸化バナジウム(Vanadium Oxide)は熱画像のためのボロメーター(bolometer)及びマイクロボロメーター(microbolometer)アレイの検出器材として使用されます。 また、ppmレベル(最大0.1ppm)のエタノールセンサーとしても応用されます。

バッテリー材料

バナジウム酸化還元電池（Vanadium redox batteries）は、風力発電所のような大規模な電力設備を含むエネルギー貯蔵に使用されるバッテリーです。また、リチウムイオン電池（lithium-ion battery）、ナトリウムイオン電池（sodium-ion battery）、マグネシウムイオンバッテリー（magnesium-ion battery）と疑似キャパシタ（pseudocapacitors）のホスト材料として広く使用されます。そして五酸化バナジウム（Vanadium Pentoxide）は、有機電子装置の電荷注入と抽出材料としても使用されます。

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