Imaging technique of metallic Li deposition in a Li-ion battery by muonic x-rays
Publicly Offered Research
| Project Area | Toward new frontiers : Encounter and synergy of state-of-the-art astronomical detectors and exotic quantum beams |
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| Project/Area Number |
21H00176
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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 | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
梅垣 いづみ 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助教 (20638522)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
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| Keywords | ミュオン / イメージング / リチウム / リチウムイオン電池 / 非破壊イメジング / ミュオン特性X線 / 電池 / 金属リチウム |
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| Outline of Research at the Start |
生活に欠かせないリチウムイオン電池の使用後の再利用は、持続可能な社会の実現を目指す中でますます必要性が高まっている。しかし現実には、中古電池の熱安定性の低下により、回収の安全性が担保できないため、中古電池回収はあまり進んでいない。熱安定性を低下させる、金属リチウムは不安全な事象の要因にもなりうる。そこで、中古電池の再利用の効率化と安全性向上のために、金属リチウム析出を非破壊で捉える技術が重要である。私たちはこれまでにミュオン特性X線を用いて、リチウムイオン電池内に析出した金属リチウムを非破壊で検出する技術に取り組んできた。本研究では、これを発展させ、イメージングで捉えられるようにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、従来のミュオン特性X線を用いた元素分析をイメージングに発展させることを目指して取り組んだ。ミュオンビームの運動量を変えることで深さ方向に分析箇所を変えることができるため、一次元の深さ方向の測定がなされている。一方で、面内の元素分布を調べたいニーズは高い。特に、軽元素の非破壊分析が可能という、ミュオン特性X線の特性を活かして、リチウムイオン電池内部のリチウムのイメージングを実現することを目的にしている。
2021年度に、イメージングの研究者のコミュニティとの議論を深め、研究グループを形成することができたので、当該年度には、KEK 長期S2課題に採択され、ビームタイムを獲得することができた。このS2課題に採択されたといいことは、複数年に渡り、継続して取り組むプロジェクトとして高く評価され、実施を推奨されているということである。
直径5 mmのタングステンのコリメータを設計、作成し、試料から発せられたミュオン特性X線をコリメートし、撮像するイメージング実験を実現した。検出器には、シリコンダブルストリップ検出器 (Si DSD)を用いて、金属リチウムのイメージングを実施した。最初の実験としては、1 keV程度のエネルギー分解能で30 keV以下のエネルギー領域で、エネルギースペクトルを取得することができ、明瞭なリチウムのイメージが得られた。
今後、ミュオン特性X線の強度とリチウム量の相関を得て、コリメータの直径を小さくし、位置分解能を上げていきたい。今後、実用材料への応用実現に向けた、重要なステップとなる基礎的な結果が得られた。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(8 results)
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[Journal Article] Muon Spin Spectroscopy2021
Author(s)
Adrian D. Hillier, Stephen J. Blundell, Iain McKenzie, Izumi Umegaki, Lei Shu, Joseph A. Wright, Thomas Prokscha, Fabrice Bert, Koichiro Shimomura, Adam Berlie, Helena Alberto and Isao Watanabe
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Journal Title
Nature Review Method Primer
Volume: 2
Issue: 1
Pages: 5-5
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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