2023 Fiscal Year Annual Research Report
応力下における蓄電固体デバイス材料の反応形態のオペランド定量解析
Publicly Offered Research
| Project Area | Science on Interfacial Ion Dynamics for Solid State Ionics Devices |
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| Project/Area Number |
22H04605
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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) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 応力 / ひずみ / Fe2(MO4)3 / 反応形態 / オペランド計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
全固体電池をはじめとする蓄電固体デバイスでは、構成部材の酸化還元に伴う膨張・収縮が固固界面において拘束されるため、構成材に大きな応力が加わりうる。このようにして発生した応力は、構成材料のイオン伝導度、電極電位、相平衡、反応形態等の基礎特性を、大きく変化させることが明らかになりつつある。しかしながら、応力が蓄電固体デバイス構成部材の基礎特性に与える影響を評価することは困難であり、その理解は遅れていた。このような背景のもと、本課題では、応力が材料の反応形態に及ぼす影響を明らかにすることを目的に、固体電解質基板上に成膜したFe2(MoO4)3 (FMO)薄膜をモデル材料とし、その充放電時の反応形態を、種々のオペランド計測手法および数値計算手法を用いて評価している。前年度は、有機電解液中では二相反応により充放電が進行することが報告されているFMOが、体積変化が拘束された固体電解質上では、固溶反応的な挙動を示すことを放射光XRD計測によって明らかした。当該年度においては、こうした固体電解質上での反応形態の変化をより詳細に調べるため、FMO薄膜の充放電時のオペランドマイクロX線吸収分光(XAS)計測を行った。得られたXASスペクトルをLi-rich相とLi-poor相のXAFSスペクトルの線形混合モデルでフィットしたところ、充放電中盤ではフィッティング誤差が大きくなることが見出された。これは、充放電中盤において、反応が二相反応以外のメカニズムで進んでいることを示唆する結果である。また当該年度においては、応力下でのFMOの反応形態をフェーズフィールド計算によってシミュレートした。これにより、FMO薄膜内のLi-rich相およびLi-poor相の界面におけるひずみにより二相反応が抑制されうることを明らかにした。
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| Research Progress Status |
令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。
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