Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
本研究の概要は、環境制御した最先端電子顕微鏡法を用いることにより蓄電固体界面の局所的な構造変化をナノスケールで解明することである。高度計測環境として、照射電子線制御、観測雰囲気制御、温度制御を実施することで、蓄電固体材料本来の構造・現象を反映させた理想的な高度計測を実現する。微小電流測定による照射電子線の影響の評価、ならびに観測雰囲気依存性の評価を実施し、蓄電固体界面における物理化学状態の変調、特にイオンの移動に起因する界面近傍における構造変化を明らかにし、界面イオンダイナミクスに及ぼす影響を解明する研究である。
本研究では、環境制御した最先端電子顕微鏡法を用いることにより蓄電固体界面の局所的な構造変化をナノスケールで解明することを目的とする。高度計測環境として、電子顕微鏡内でその場で電圧印加しながら原子レベルで構造観察を実施することで、従来の電子顕微鏡観察では到達できなかった蓄電固体材料本来の構造・現象を反映させた理想的な高度計測を実現する。蓄電固体界面の高分解能観察ならびにナノスケールでの組成分析を可能とする最適な電子顕微鏡条件の検討から開始した。走査型透過電子顕微鏡法（STEM）の結像条件、特に非干渉性結像法の高角度環状暗視野(HAADF)-STEMと、干渉性結像法ではあるが軽元素の原子カラムの可視化に特化した環状明視野(ABF)-STEMを相補的に使用することを目指した。また、ナノスケールでの組成分析には、電子エネルギー損失分光法（EELS）を用いることで、原子スケールでの電子状態分析による元素マッピング、価数評価、配位状態解析を試みた。また、エネルギー分散型X線分析（EDX）により、原子カラム単位で組成マッピング像を取得した。短時間で信号が得られる高感度検出器を使用することで、電子線照射による試料の変質やダメージの影響を抑制した。ここで確立した観測技術に、その場電圧印加測定を組み合わせるため、TEM内で直接電圧印加するための電池試料の成型形状を検討し、電圧印加TEMホルダーへの組み込みに成功した。さらに、電子線照射によるチャージアップを抑制する試料加工により、従来観測が困難であった固体電解質の単結晶試料の原子分解能観察に成功した。上記の二つの成果を組み合わせた観測技術は、動作中の構造変化を原子レベルで追跡する新たな手法として期待される。
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2021 2020
All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (2 results)
Journal of Materials Chemistry A
Volume: 9 Issue: 6 Pages: 3657-3667
10.1039/d0ta09521d
ACS Applied Energy Materials
Volume: 3 Issue: 10 Pages: 9703-9713
10.1021/acsaem.0c01303
