2022 Fiscal Year Research-status Report
第４世代放射光を用いた先進的X線解析によるハイエントロピー酸化物電極材料の開拓
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22KK0068
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
河口 智也 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (00768103)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
下川 航平 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (30876719)
市坪 哲 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (40324826)
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| Project Period (FY) |
2022-10-07 – 2026-03-31
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| Keywords | X線解析 / 二次電池 / ハイエントロピー酸化物 / 酸化物正極材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，第4世代放射光施設が利用可能になる米国の研究機関と国際共同研究を実施することで，蓄電池に用いるハイエントロピー酸化物(HEO)正極材料の充放電機構を解明し，HEO正極材料の合理的設計に資する学理構築を目指す．申請者らはこれまでに配置エントロピーによる様々な効果を利用した新たな材料群であるHEO正極材料を，リチウムイオン電池（LIB）及びMg蓄電池（RMB）の分野で開発してきた．この材料群でさらなる合理的な材料設計を実現するためには，HEOを構成する多数のカチオン元素の協奏的な相互作用と，その結果として現れる充放電機構を理解する必要がある．そこで本研究では，米国が建設を進める次世代放射光施設を利用した先進的X線解析手法を用いて，新規HEO正極材料の充放電機構解析を行うことで，高性能HEO正極材料開発の指針を示すことを目指す．
2022年度下半期から事業開始した半年間では，上記の分析を実現するための透過型X線その場測定用試験電池を新たに設計・試作した．RMBに用いる試験電池の分析では液絡を介して主浴から分離した参照極が必要であることや，電池そのものを昇温する必要がある．したがって，RMBの測定では LIB用にすでに開発され製品化されているその場測定用試験電池はそのまま使用できず，本研究ではこれらの機能を有する新たなその場測定用試験電池を作成した．また，X線その場測定を行うにあたり，従来型の密閉セルだけではなく，ナノピペットを用いた局所電気化学測定を応用したセルの利用も考えられる．そこで，共同研究先であるアルゴンヌ国立研究所に滞在し，前述のセルを用いたその場X線回折測定を実施するとともに，放射光施設のアップグレードの進捗状況や，今後の実験計画に関して議論を行った．
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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
研究実績の概要で述べた通り，本年度では研究に必須のその場セルの開発を行うとともに，アルゴンヌ国立研究所に滞在しアップグレード前の放射光施設で予備試験を行い，アップグレード後の研究計画のより具体的な見通しが立てられたため，研究の進捗としては順調である．
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| Strategy for Future Research Activity |
作成したその場測定セルを電気化学試験の観点から評価するとともに，もし問題が発見されれば改善・さらなる試作を行う．また，米国の放射光施設がアップグレードのための改造工事を行っている間は，前述のセルを用いて実験室X線装置や国内放射光を用いた予備測定を実施する．さらに，材料開発のプロジェクトと連携することで，分析対象とする最適な系の選定を行う．
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| Causes of Carryover |
本研究に必須のその場測定セルは仕様や個数により大きく価格が変動するため，その費用変動のリスクヘッジをとるとともに，購入を予定していた比較的高額なポテンショスタット・ガルバノスタットボードの納期が長かったため，次年度の購入にした．翌年度分の助成金と合わせた予算を用いて，その場測定用セルのさらなる試作，増産を行うとともに，ポテンショスタット・ガルバノスタットの購入を行う予定である．
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