2021 Fiscal Year Annual Research Report
Quantitative evaluation of the influence of stress on chemical potential in solid state ionics devices
Publicly Offered Research
| Project Area | Science on Interfacial Ion Dynamics for Solid State Ionics Devices |
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| Project/Area Number |
20H05282
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
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) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 応力 / Li化学ポテンシャル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
応力・歪みなどの力学因子が、蓄電固体デバイス材料の化学ポテンシャルに与える影響を定量的に評価する手法を開発し、両者の関係を明らかにすることを目的に、研究を行った。本研究で開発を行なった評価手法の概略は、以下のとおりである。まず、矩形上に成形した単結晶基板上に、測定対象とする材料のエピタキシャル薄膜を成膜した。その後、この単結晶基板に4点曲げにより荷重を負荷した。このように薄膜に応力を印加した状態で、プローブ用電解質・リファレンス電極を薄膜に接触させ、リファレンス電極と薄膜との間の起電力を測定した。この時に観測された起電力変化から、応力印加時のLi化学ポテンシャルの変化量を定量的に見積もった。4点曲げによる荷重負荷時、エピタキシャル薄膜には、薄膜の結晶の特定の方向に単軸応力が加わる。また、薄膜に加わる応力の大きさは、材料力学の知識を元に定量的に見積もることができる。したがって、この方法を用いることで、材料に加わる応力の大きさ・方向をある程度自在に制御できる。本研究では、003および104配向したLCOエピタキシャル薄膜に対して応力を印加した際のLi化学ポテンシャル変調を評価した。その結果、LCOの応力印加時のLi化学ポテンシャル変調には応力印加方向依存性があり、c軸に垂直に応力を印加する場合、圧縮/引張応力はLi化学ポテンシャルをそれぞれ増加/減少させ、反対にc軸に平行に応力を印加する場合は、圧縮/引張応力はLi化学ポテンシャルをそれぞれ減少/増加させることがわかった。また、応力印加時のLi化学ポテンシャルの変化量は、応募者が熱力学理論を元に導いた理論式から予測される値と、概ね一致することがわかった。本研究は、全固体電池をはじめとする蓄電固体デバイスにおける、応力による構成材料の材料特性変調、およびデバイス性能の変化を正しく理解する一助となることが期待される。
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| Research Progress Status |
令和3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 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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