2011 Fiscal Year Research-status Report
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23750237
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
平山 雅章 東京工業大学, 総合理工学研究科(研究院), 講師 (30531165)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2013-03-31
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| Keywords | エネルギー全般 / MBE,エピタキシャル / ナノ材料 / 無機工業化学 / ハイブリッド車 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は，リチウム電池の機能向上の鍵である電極／電解質界面について，ヘテロエピタキシャル薄膜電極とin situ表面散乱測定を駆使して構造変化を直接観測することにより，界面反応を解析し，大電流化と長寿命化を実現する電極表面構造を見出すことである．平成23年度は，膜厚30nm程度のLi2RuO3モデル電極を作製し，Li3PO4を修飾することで表面構造を制御した．充放電評価を2.8-4.2 V(vs. Li/Li+)で行い，修飾電極は未修飾電極と比較して100 mAh/gほど大きな容量を示し，サイクル特性も優れていた．修飾した表面の構造を表面X線回折，表面反射率，吸収分光，光電子分光測定から，結晶構造，電子構造の両面から調べた結果，修飾により膜厚30 nmの全域でRuの電子状態が大きく変化することを見出した．電極界面は異種化合物と接触した際にエネルギー差を緩和するために構造が再構成する．予めLi3PO4修飾を施すことで，電解液浸漬時，電池反応時にLi2RuO3電極界面構造が高容量かつ高安定な構造に変化したと考えられる．さらに，充放電のダイナミクスを解析する手法として，時分割表面回折手法の開拓を行った，電圧印加時に回折ピークの位置，強度変化を追跡することで，界面構造制御により反応速度が向上される可能性を見出した．本年度見出した現象は，インターカレーション電極材料の共通の現象であり，数10nm程度の粒子を用いる実用電極では特性を決定づけると予想される．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
課題1) 表面構造を制御したモデル電極作製，課題2）表面構造の直接観察手法構築，課題3) 表面構造と電極特性との相関解明，いずれも計画以上に進展した．特に，表面修飾膜の電極特性評価では，電極の安定性の向上を予想していたが，安定性向上に加えて，容量，出力特性も向上することがわかった．既存研究では表面修飾は容量，出力特性を低下させるという報告が多いことから，興味深い現象である．
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| Strategy for Future Research Activity |
電極表面構造制御による電池特性向上は確認できたので，その相関関係の解明を進める．実用電極材料に展開することで，表面構造制御方法を確立する．電極材料ごとに格子ミスマッチが小さい単結晶基板を選択することで，高品質の薄膜モデル電極を得る．23年度に最適化したセルを用いた深さ分解・時分割表面回折測定を各材料に適用する．進展に合わせて，電池反応を電流で制御し，動的な表面構造変化を検出することで，イオン拡散のダイナミクスを定量的に評価する．材料・表面構造ごとに電極特性を整理し，出力・寿命に関与する因子を抽出する．電気化学界面に関する基礎学理の確立に向けた方向性を提示する．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
物品費しては主にモデル電極作製に必要となる試薬，単結晶基板，高圧ガスボンベを購入する．外部施設での放射光・中性子源を使った反応解析，成果は国内外で発表するために旅費を計上している．今年度の執行額に残額が生じた状況：H23年度に量子ビーム発生施設において表面散乱実験を2回実施し，実験結果の分析を行い，研究成果を取りまとめる予定であったが，計測機器の故障によりH24年度前期へと延期した．用いる実験器具，旅費，成果発表の経費をH24年度に繰越し，使用する．
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Research Products
(12 results)
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[Presentation] Li2RuO3モデル電極における界面反応と電気化学特性2011
Author(s)
田港聡,平山雅章,Yueming Zheng, 鈴木耕太,Kyungsu Kim,粉生守,南嶋宏映,菅野了次,孫珍永,田村和久,水木純一郎
Organizer
2011年電気化学秋季大会
Place of Presentation
朱鷺メッセ（新潟県）
Year and Date
2011.9.9
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[Presentation] Surface structure of intercalation electrodes2011
Author(s)
Masaaki Hirayama, Kouta Suzuki, KyungSu Kim, Sou Taminato, Mamoru Komo, Jin-Young Son, Kazuhisa Tamura, and Ryoji Kanno,.
Organizer
The 62nd Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry,(招待講演)
Place of Presentation
Nigata (Japan)
Year and Date
2011.9.13
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[Presentation] Li3PO4/Li4Ti5O12電極の表面構造解析2011
Author(s)
金敬洙,井戸秀和,鈴木耕太,田港聡,粉生守,南嶋宏映,田村和久,水木純一郎,孫珍永,平山雅章,菅野了次
Organizer
2011年電気化学秋季大会
Place of Presentation
朱鷺メッセ（新潟県）
Year and Date
2011.9.11
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[Presentation] STRUCTURAL ANALYSIS OF SURFACE MODIFIED Li4Ti5O12ELECTRODE2011
Author(s)
KyungSu Kim,Hidekazu Ido, Kouta Suzuki, Sou Taminato, Mamoru Komo, Hiroaki Minamishima, Kazuhisa Tamura, Jun’ichiro Mizuki, Jin-young Son, Masaaki Hirayama, Ryoji Kanno
Organizer
the 5th INTERNATIONAL CONFERENCE ON POLYMER BATTERIES AND FUEL CELLS (PBFC-5)
Place of Presentation
Chicago(USA)
Year and Date
2011.8.1
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