2016 Fiscal Year Annual Research Report
Operand analysis of electronic structures of functionalized oxides by simultaneous soft X-ray absorption and emission spectroscopy measurements
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26289233
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
雨澤 浩史 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (90263136)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井口 史匡 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00361113)
八代 圭司 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (20323107)
中村 崇司 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (20643232)
木村 勇太 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (60774081)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 軟X線吸収分光 / 軟X線発光分光 / 機能性酸化物 / 電子構造 / オペランド測定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，酸化物材料の機能性発現に関与する電子構造を，高温，特殊雰囲気，通電など，材料が用いられる様々な特殊環境下で明らかにできる「軟X線吸収・発光分光同時測定技術」を世界に先駆けて開発することを目的とした。この新規かつ独創的なオペランド測定技術を，燃料電池や蓄電池材料をモデルケースに適用し，使用環境下における酸化物の電子構造を明らかにすることが可能となった。
燃料電池や蓄電池に用いられる3d遷移金属酸化物の機能性発現には，フェルミレベル近傍の遷移金属3d軌道，酸素2p軌道が深く関わると考えられる。これを踏まえ，本研究では，上述の軌道の状態密度を評価することのできる軟X線領域でのX線吸収・発光同時測定を，高温，大気圧下で行うことのできる装置の開発を行った。
これを適用することにより，①固体酸化物形燃料電池の空気極材料候補La0.6Sr0.4CoO3-dの母体材料であるLaCoO3-dバルク体，②同候補La0.6Sr0.4CoO3-d緻密薄膜電極，②同候補LaNiO4+d緻密薄膜電極，③Liイオン二次電池の正極活物質であるLiCoO2緻密薄膜電極，を測定対象に，電池作動条件下もしくは電池作動時の電子構造評価を実施した。①では，温度および酸素分圧変化に伴い，材料に含まれるCoイオンのスピン状態が変化する様子を直接観察することに成功した。①，②では，電極過電圧の印加に応じて，電極材料が部分還元されることを見出し，その変化は3d遷移金属イオンではなく，3d遷移金属イオンに配位しているOイオンの還元と見なせることを明らかにした。③では，固体Liイオン伝導体に製膜したLiCoO2薄膜に対し充放電反応を行い，電子構造のオペランド評価が可能であることを示した。さらに③では，斜出射蛍光X線検出によるX線吸収分光測定技術へと展開し，約20 nmの深さ分解能をもつ軟X線計測技術の確立に成功した。
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(20 results)
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[Presentation] Operando Analysis of Solid Oxide Fuel Cells Using Synchrotron Radiation2016
Author(s)
K. Amezawa, Y. Fujimaki, R. Oike, K. Mizuno, T. Nakamura, Y. Kimura, K. Nitta, Y. Terada, Y. Tamemori, K. Yashiro, T. Kawada
Organizer
13th International Conference on Flow Dynamics
Place of Presentation
国際センター（宮城県仙台市青葉区）
Year and Date
2016-10-10 – 2016-10-12
Int'l Joint Research / Invited
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