2015 Fiscal Year Annual Research 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 | 無機工業化学 / エネルギー全般 / ナノ材料 / エピタキシャル / ハイブリッド車 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度は，前年度までに構築した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」および計画(vi)「界面現象と電池特性との相関解明」を実施した．リチウム過剰岩塩型マンガン酸化物正極では，エピタキシャル膜製膜条件を制御することで，10-100 nm程度の膜厚を有するモデル薄膜を作製すると，30 nm以下の膜厚で急激に容量が増大し，かつ優れたサイクル安定性を発現する．中性子反射率解析で電極から電解液にかけてのリチウム濃度分布を直接観測した結果，表面から20 nm程度の領域でのみ充放電反応に寄与していることを明らかにした．散乱長プロファイルより，充放電初期に酸素の脱離を伴わない構造相転移が電極表面で進行し，以降のサイクルで安定にリチウム脱挿入が進行していることが示唆された．光電子分光，表面回折測定においても，中性子反射率解析を支持する結果を得た．多結晶系のリチウム過剰岩塩型マンガン酸化物正極では，酸素脱離を介した構造相転移が生じ，以降のサイクルで不可逆反応が進行，容量が減少する．一方，エピタキシャル系において電極表面で異なる相転移と優れた電気化学安定性を発現したことから，電極表面の欠陥構造を精密に制御することで，正極の高機能化が可能であることを実証した．中性子反射率法を用いた固液界面のイオン濃度分布解析により，高容量高安定な電池電極開発の指針を得ることができた．
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