Development of ultra-low energy soft x-ray microscope to visualize the spatial distribution of Li chemical states

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02853
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 36020:Energy-related chemistry
• Research Institution: National Institutes for Quantum Science and Technology (2021-2023); High Energy Accelerator Research Organization (2020)
• Principal Investigator: Horiba Koji 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 放射光科学研究センター, 上席研究員 (10415292)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 北村 未歩 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 放射光科学研究センター, 併任 (00783581) ; 細野 英司 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (80462852)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 軟X線吸収分光 / 軟X線顕微分光

Outline of Final Research Achievements

Li-ion batteries have a complex multiscale structure, and understanding each layer's behavior is necessary to improve its performance. However, understanding Li ions' behavior has yet to progress. Observing the chemical state of Li is complex, and a new method is required to observe its chemical state at the nanoscale. This study aims to develop an apparatus combining a reflective focusing device and a new transmission soft X-ray detection method to enable the use of Li ions at the X-ray absorption edge energy. As a result, we have succeeded in focusing low-energy soft X-rays to 10 micrometers by using a K-B mirror and measuring the transmitted soft X-ray absorption spectrum of the Li K absorption edge by the developed conversion visible fluorescence yield method.

Free Research Field

軟X線吸収分光

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、反射型集光素子と新しい透過軟X線検出法を組み合わせた装置を開発し、LiイオンのX線吸収端エネルギーでの顕微吸収分光実験を可能にした。これにより、Liイオンの詳細な挙動解明が進み、電池の充放電メカニズムなどの理解が進展することが期待される。またこの技術は他の材料科学や化学分野にも応用可能であり、電気自動車の効率向上や再生可能エネルギーの蓄電技術の進展を促し、経済的なコストダウンと安全性の向上を図ることで、持続可能な社会の実現に大きく貢献することが期待される。