2014 Fiscal Year Research-status Report
イオン濃度分布解析による蓄電デバイス電極／電解質界面現象の解明と材料設計
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25410237
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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), 准教授 (30531165)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 電気化学材料 / 表面散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成26年度は初年度に構築したin situ中性子反射率測定法で取得した反射率データを用いて，計画(v)「空間電荷層・電気二重層の制御と反応解明」を進めた．X線散乱法，分光法，電気化学法で得られた結果と合わせて，解析に用いる初期モデルを構築すると，良好な解析結果を得られることが分かった．チタン酸リチウム負極表面数10 nm領域で，電池作製時に形成される界面相が，電解液の種類で変化することを見い出した．この結果は初年度に提示した「異相間の電気化学ポテンシャルの違いを緩和するため，イオン拡散により空間電荷層が形成される」という仮説を支持している．計画(vi)「界面現象と電池特性との相関解明」では，膜厚を制御し，界面相のみからなるチタン酸リチウム電極を作製した結果，充放電特性は界面相により劇的に変化した．初期の界面相形成，充放電時における界面相の組成構造変化が電極特性に大きく影響することを明らかにした．さらに，正極材料と電解質との界面における現象に展開した．層状岩塩型正極材料においても，負極同様に電池形成時に正極表面の組成が変化し，充放電特性を決定づけている可能性がある．最終年度は電解質の構成分子と濃度により，電極表面相の組成，構造を制御するための知見を収集することで，高機能電極開発の指針を提示する．
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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
本研究は,【1】中性子反射率法による電極/電解質界面構造の計測手法確立,【2】空間電荷層・ 電気二重層における現象解析,【3】空間電荷層・電気二重層と電池性能との相関解明,を目指して以下の6項目を進めている.(i)理想二次元電極/電解質界面の構築,(ii)電極/電解質界面の電気化学特性評価,(iii)中性子線・X 線を用いた界面イオン分布のその場観察,(iv)TEM観察によるex-situ 界面観察,(v)空間電荷層・電気二重層の制御と反応解明,(vi)界面現象と電池特性との相関解明.高エネルギー密度,高速,高安全性を実現する蓄電デバイスの界面制御指針を構築する.計画にそって研究は進捗しており，平成25年度までに，(i)-(iv)について実施，測定手法をほぼ確立し，26年度は主に(v)について取り組んだ．取得した中性子反射率データの解析手法を確立し，その他の実験データにから妥当性を確認しており，既に解析プロセスを構築できた．27年度は(vi)に注力することで，当初目標の達成が見込まれる．
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| Strategy for Future Research Activity |
高エネルギー密度,高速,高安全性を実現する蓄電デバイスの界面制御指針を構築するため，以下の課題を進めることが必要である．（１）中性子反射率法による界面反応解析の最大の特徴である電極側界面と電解質側界面の同時解析：電池作製時，反応時における界面構造を電極側から電解質側にかけて連続的に決定する．（２）様々な電極種，電解質種による界面構造変化と電気化学特性をデータベース化する．（３）界面構造に違いが現れる理由を材料の電気伝導性，誘電性，溶媒和エネルギーなどの観点から理解することで，界面による電極機能の制御手法を構築する．試料合成、測定、解析手法は本年度までに構築できており、電解液種など変化させた中性子反射率実験データを積み上げることで解決が見込まれる。
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