深さ分解X線光電子分光法による界面異相抵抗発現機構の解明
Publicly Offered Research
| Project Area | Science on Interfacial Ion Dynamics for Solid State Ionics Devices |
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| Project/Area Number |
20H05300
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
増田 卓也 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, グループリーダー (20466460)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
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| Keywords | 蓄電固体界面 / 界面異相抵抗 / イオンダイナミクス / X線光電子分光法 / オペランド / 全固体電池 |
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| Outline of Research at the Start |
全固体電池の心臓部とも言うべき「電極活物質／固体電解質界面」を対象として、X線を照射することで生じる光電子の運動エネルギーを分析する「X線光電子分光法」を適用し、界面近傍相（数nmから数十nm領域）のさまざまな構造情報を取得する。構造と物性の対比によって、高いイオン輸送抵抗を生み出す界面異相成分の正体を解き明かし、良導性界面の設計指針をもたらし、将来的な全固体二次電池の実現・普及に貢献する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
新学術領域「蓄電固体界面科学」の領域メンバーと協働して、蓄電固体界面の組成・電子状態の解明に基づく、材料設計指針の獲得を目指した研究を進めている。まず、計画研究A01班が作成した標準電池や緩衝層を介した電極－電解質界面試料の提供を受け、自身が開発した実験室型オペランドX線光電子分光測定システムによる界面近傍相（数nmから数十nm領域）の深さ分解分析に着手した。入射X線としてCr Kα線を用いることによって、電極層に埋もれた電極－電解質界面を電圧が印加された状態で観察して、リチウムイオン濃度や電位の深さ方向分布の決定に取り組んでいる。また、公募研究A01班により開発された負極用新材料を対象とした反応解析も推進している。当該材料は、通常、充放電サイクルによって急速な劣化がもたらされるが、複合酸化物にすることによって容量は低下するもののサイクル特性が改善されるという特長を持っている。これまでの充放電時における反応生成物の解析によって、いくつかの副次生成物がサイクル特性の向上に重要な役割を示しているということを見出している。さらに詳細なメカニズムを解明して、高性能化への指針を獲得する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
領域メンバーとの連携が順調に進んでおり、多様な固体界面試料の提供を受け、計測を進めている。独自に開発した計測システムの電圧印加機構にいくつかの問題が顕在化しているが、現在、改良に取り組んでおり、サイズや形状が異なるさまざまな試料を良好に計測できる基盤が整備されつつある。これによって2021年度には研究が加速され、重要な成果の創出が期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、A02およびA03班との協力のもと、相補的な情報を与える他の計測・計算科学的手法を活用して、良導性界面の設計指針の提案を目指す。まず、XPSによる化学組成・電子状態の深さ方向分布を計算科学を担当するA03班と共有し、これらに基づく高精度電子・原子シミュレーションを行い、バンド構造についての議論を深める。こうした知見をA02班のKPFMによって実測された電位分布と比較しながら、『接合物質の自由エネルギー差が引き起こす相互拡散層が界面イオンダイナミクスに与える影響』を明らかにする。本研究課題に関連したテーマを所属グループの大学院生の博士論文研究の一部とした。同じくグループのポスドク研究員・エンジニアとも協力しながら研究の加速を目指す。
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
