2023 Fiscal Year Annual Research Report
安全な電池社会実現のための電池内部の迅速見える化技術基盤創成
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22K18865
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
佐藤 一永 東北大学, 工学研究科, 准教授 (50422077)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荒木 稚子 東京工業大学, 工学院, 教授 (40359691)
鷲見 裕史 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究グループ長 (80613257)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Keywords | 界面 / 非破壊検査 / テラヘルツ波 / 数値解析 / 長期寿命予測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
リチウムイオン電池をはじめとする高性能蓄電池は生産した電気エネルギーを極めて効率良く貯蔵できるデバイスであり、電気エネルギー生産技術とともに重要な技術である。一方、リチウムイオン電池や全固体電池は電池内部の詳細観察はほとんど行われていない。そこで、本研究では、非破壊かつ”その場”で電池の内部で起こる様々な物理・化学現象を様々な波長の波を利用して“見える化”することに様々な波長の波を利用して挑戦し、成功した。特に、テラヘルツ波は酸化物材料に対してきわめて有効な波ではあるが、波長が全固体電池の厚さに対して長いため、可視化することが困難であった。本研究ではデータマイニングを中心とした機械学習を併用することで、本来の分解能以下の層間剥離を詳細に可視化することに成功した。この結果は、工学的にも産業的にも大きなインパクトがあり、産業利用としては迅速な非破壊検査技術としての応用が期待される。
研究期間全体を通しては、動作中の電池に様々な周波数のパルス音響波を与えてその特徴量を数値化・関数化することで高速な電池内部の動的変化挙動を捉えることに挑戦した。加えて、電池内部に起こる物理・化学現象ならびに寿命を含めた変化挙動予測を数値シミュレーションで行うために物性評価や数値解析モデル化を様々な視点から試みた。当初の研究計画で考えていたアクティブ音響法に加え、電気化学、テラヘルツ波等の手法も併用することで、微細構造まで予測できる可能性を見出すことができた。実験とシミュレーション結果との比較を行うことで極めて信頼度の高い評価手法であることが示された。本研究により新たな学術領域の芽を見出すことができたと確信する。
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