Development of structural analysis technique for amorphous and crystalline mixtures using total X-ray scattering measurement

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15031
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
• Research Institution: Japan Synchrotron Radiation Research Institute
• Principal Investigator: Hiroi Satoshi 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 研究プロジェクト推進室, 任期制専任研究員 (10761588)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 結晶PDF解析 / X線全散乱測定 / 結晶・非晶混合物 / 結晶・非晶PDF分離解析

Outline of Final Research Achievements

I developed a structural analysis technique for crystalline/amorphous mixtures by using X-ray total scattering measurements. The structural mechanism achieving high capacity in the Li-rich layered material for lithium-ion batteries was elucidated by the technique. This technique was also applied to solid-state sulfide electrolytes to determine the atomic configuration in the amorphous phase. I showed direct evidence of a solid solution of anions into the solid-state electrolyte by extracting the atomic pair distribution function of the amorphous phase hidden by the ionic crystal phase.

Free Research Field

結晶・非晶構造解析

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究課題で開発した構造解析技術は、既存の解析技術において未踏の領域であった結晶・非晶混合物を対象とできるものである。具体的には、リチウムイオン電池の構成部材に見られるような原子配列に乱れが含まれる結晶材料や非晶中に微結晶が形成する材料、さらには実デバイス等の複合材料も構造解析の対象となる。この技術を利用することによって、デバイスの動作中に起こる構造変化を直接観測し構造解析を行うことができるようになるため、デバイス劣化のメカニズムや性能向上に関わる知見を得ることが容易となる。これらの知見をさらに優れた機能性材料やデバイス開発に活かすことで、より豊かな社会の構築に貢献することが期待される。