2017 Fiscal Year Research-status Report
イオン液体電気二重層界面でのエネルギーキャリア挙動の局所解析
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16K13932
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
福井 賢一 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (60262143)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 表面・界面 / イオン液体 / 界面電気二重層 / 原子間力顕微鏡 / 界面赤外分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，申請者が開発した電気化学界面の局所構造化を評価する顕微解析手法(EC-FM-AFM)と金属イオンの溶媒和状態を検出する界面赤外分光を併用し，イオン液体を用いた二次電池のエネルギーキャリアとして期待されるLi+，Na+, Mg2+, Al3+について，界面電気二重層の局所構造が溶媒和の強い金属イオンの進入といかに調和しながら拡散する場を形成するのかを明らかにするための方法論の開発を目的としている。
Ｈ２９年度は，「イオン液体電気二重層界面近傍に接近した金属イオンのアニオン配位状況の評価」および「電極表面形状が与える電気二重層の構造化と電位応答の評価」の２点について主に取り組んだ。
前者については界面MD計算による解析を進め，イオン液体と接するグラファイト電極最表層炭素原子に電荷を振り分けることで界面に実効的な電位を印加し，上記金属イオン種の滞在位置や配位数の電極電位依存性の検討を進めた。さらに実験的は，角度分解Ｘ線光電子分光を用いてバルクのイオン液体から接続した薄膜領域の評価を，また，遠紫外分光による界面化学種による電子遷移の電位依存性を評価する方法論を段階的に確立してきた。
後者については，グラファイト基板の不活性ガス中での熱処理によって，ある程度直径および深さを制御して穴を開ける条件を確立し，界面イオン液体のEC-FM-AFMによる観測を行った。しかし，装置の故障のため，電位依存性の測定は残されている。実験との対応させて解析するため，穴があいたグラファイト基板セルを用いたMD計算も開始した。
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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
Ｈ２９年度は，「イオン液体電気二重層界面近傍に接近した金属イオンのアニオン配位状況の評価」および「電極表面形状が与える電気二重層の構造化と電位応答の評価」の２点について主に取り組んだ。
前者については界面MD計算による解析を進め，イオン液体と接するグラファイト電極最表層炭素原子に電荷を振り分けることで界面に実効的な電位を印加し，上記金属イオン種の滞在位置や配位数の電極電位依存性の検討を進めた。さらに実験的は，角度分解Ｘ線光電子分光を用いてバルクのイオン液体から接続した薄膜領域の評価を，また，遠紫外分光による界面化学種による電子遷移の電位依存性を評価する方法論を段階的に確立してきた。
後者については，グラファイト基板の不活性ガス中での熱処理によって，ある程度直径および深さを制御して穴を開ける条件を確立し，界面イオン液体のEC-FM-AFMによる観測を行った。装置の故障のため，電位依存性の測定は残されているものの，実験方法や解析についての問題点は概ね解決した。実験との対応させて解析するため，穴があいたグラファイト基板セルを用いたMD計算も開始した。
以上に関わる成果として，学術論文４件，総説２件，国際会議での招待講演を複数含む発表３２件で報告をしており，順調な経緯であると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
イオン液体を用いた二次電池のエネルギーキャリアとして期待されるLi+，Na+, Mg2+, Al3+について，これらのイオン液体溶液としての電解液がつくる界面電気二重層の局所構造について，引き続き界面分子動力学(MD)計算と電気化学周波数変調AFM (EC-FM-AFM)を
用いた解析を進める。特に，EC-FM-AFM装置の故障のため，電位依存性の測定が遅れていたため，本研究をＨ３０年度まで延長して実施することとなった。装置の故障箇所の特定はできたため，修理が完了ししだい実験・解析を進める。
さらに，界面でのこれらの金属イオン種の挙動を角度分解X線光電子分光法(ARXPS)および界面遠紫外分光法(EC-ATR-FUV)でさぐる試みも引き続き実施する。
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| Causes of Carryover |
申請者のグループで開発し，主要装置として使用している２台の界面顕微鏡装置のうち，一台が複数箇所で故障・不具合が発生していたため，再現実験まで含めて成果とするには延長が必要であると判断した。
現時点で，装置の故障箇所の特定は行うことができたが，修理見積もりを依頼中であり，その額によって予算の使用内訳は流動性がある。いずれにしても，修理代金と延期した実験に必要な消耗品が主な支出項目である。
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Research Products
(41 results)
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[Presentation] Correlation between the Interfacial Structure and Hole Mobility for Electric Double Layer FET using Ionic Liquid,2017
Author(s)
Daijiro Okaue, Sakuroko Ono, Ken-ichi Bando, Kouta Sakamoto, Hiroaki Nato, Hiroo Miyamoto, Taiki Sato, Yasuyuki Yokota, Jun Takeya, and Ken-ichi Fukui
Organizer
International Symposium on Novel Energy Nanomaterials, Catalysts and Surfaces for Future Earth
Int'l Joint Research
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