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アモルファス系電池用材料の局所原子配列と充放電機構

研究課題

研究課題/領域番号 17H01325
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 構造・機能材料
研究機関早稲田大学 (2018-2019)
東北大学 (2017)

研究代表者

平田 秋彦  早稲田大学, 理工学術院, 教授(任期付) (90350488)

研究分担者 渡辺 健太郎  東北大学, 材料科学高等研究所, 准教授 (40582078)
赤木 和人  東北大学, 材料科学高等研究所, 准教授 (50313119)
谷村 誠  横浜国立大学, 機器分析評価センター, 准教授 (00381591)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
40,560千円 (直接経費: 31,200千円、間接経費: 9,360千円)
2019年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円)
2018年度: 10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
2017年度: 21,710千円 (直接経費: 16,700千円、間接経費: 5,010千円)
キーワード電子回折 / 電池用負極材料 / アモルファス / リバースモンテカルロ / 電池用負極材 / 局所構造 / 電池材料 / 構造解析 / 構造モデリング / 局所電子回折 / リバースモンテカルロ法 / 電池用材料 / 局所構造解析 / 電子顕微鏡 / アモルファス物質 / モデリング
研究成果の概要

本研究では、従来手掛けてきたオングストロームビーム電子回折実験に関連した新たな解析技術の開発を行い、リチウムイオン電池のアモルファス負極材の解析にこれらの技術も応用することで、これまでに得られなかったアモルファス電池材の局所構造の情報を得られるようになった。さらに、実際に充放電を行ったアモルファス材についても解析を行い、充放電過程における局所構造の情報を得られるようになった。今後、リチウムイオン電池の充放電機構解明のため、さらに微視的な詳細を得る予定である。

研究成果の学術的意義や社会的意義

近年リチウムイオン電池等の2次電池は電気自動車への利用を念頭にさらなる大容量化が望まれてきているが、特に負極材の大容量化が必要となってきている。その候補としてシリコン系アモルファス物質等が挙げられるが、アモルファス物質の構造は周期性がなく大変複雑である。我々の研究では、このようなアモルファス物質の局所構造解析手法を開発し、アモルファス負極材に適用するだけでなく、実際にリチウムを充放電した材料の解析にも応用し、これまで得られなかった構造情報を得ることが可能となった。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 5件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件、 招待講演 7件)

  • [雑誌論文] Understanding diffraction patterns of glassy, liquid and amorphous materials via persistent homology analyses2019

    • 著者名/発表者名
      ONODERA Yohei、KOHARA Shinji、TAHARA Shuta、MASUNO Atsunobu、INOUE Hiroyuki、SHIGA Motoki、HIRATA Akihiko、TSUCHIYA Koichi、HIRAOKA Yasuaki、OBAYASHI Ippei、OHARA Koji、MIZUNO Akitoshi、SAKATA Osami
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      巻: 127 号: 12 ページ: 853-863

    • DOI

      10.2109/jcersj2.19143

    • NAID

      130007755063

    • ISSN
      1348-6535, 1882-0743
    • 年月日
      2019-12-01
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Ultrahigh-pressure form of SiO2 glass with dense pyrite-type crystalline homology2019

    • 著者名/発表者名
      Murakami M.、Kohara S.、Kitamura N.、Akola J.、Inoue H.、Hirata A.、Hiraoka Y.、Onodera Y.、Obayashi I.、Kalikka J.、Hirao N.、Musso T.、Foster A. S.、Idemoto Y.、Sakata O.、Ohishi Y.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 99 号: 4 ページ: 045153-045153

    • DOI

      10.1103/physrevb.99.045153

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Lithium intercalation into bilayer graphene2019

    • 著者名/発表者名
      Ji Kemeng、Han Jiuhui、Hirata Akihiko、Fujita Takeshi、Shen Yuhao、Ning Shoucong、Liu Pan、Kashani Hamzeh、Tian Yuan、Ito Yoshikazu、Fujita Jun-ichi、Oyama Yutaka
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 10 号: 1 ページ: 275-275

    • DOI

      10.1038/s41467-018-07942-z

    • NAID

      120007133576

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Crystalline Approximant of Amorphous Fe-Si-B Structures2018

    • 著者名/発表者名
      Hirata Akihiko
    • 雑誌名

      MATERIALS TRANSACTIONS

      巻: 59 号: 7 ページ: 1047-1050

    • DOI

      10.2320/matertrans.MD201711

    • NAID

      130007410561

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • 年月日
      2018-07-01
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Distortion of Local Atomic Structures in Amorphous Ge-Sb-Te Phase Change Materials2018

    • 著者名/発表者名
      Hirata A.、Ichitsubo T.、Guan P.F.、Fujita T.、Chen M.W.
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 120 号: 20 ページ: 2055021-5

    • DOI

      10.1103/physrevlett.120.205502

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Amorphous Structure Analysis of Si Anode for Li Ion Battery2018

    • 著者名/発表者名
      Shimo Yusuke、Hirata Akihiko、Yamasaki Hisatsugu、Yamaguchi Hiroyuki、Sato Kazuaki
    • 雑誌名

      Microscopy and Microanalysis

      巻: 24 号: S1 ページ: 1526-1527

    • DOI

      10.1017/s1431927618008115

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Intercalation pseudocapacitance of amorphous titanium dioxide@nanoporous graphene for high-rate and large-capacity energy storage2018

    • 著者名/発表者名
      Han Jiuhui、Hirata Akihiko、Du Jing、Ito Yoshikazu、Fujita Takeshi、Kohara Shinji、Ina Toshiaki、Chen Mingwei
    • 雑誌名

      Nano Energy

      巻: 49 ページ: 354-362

    • DOI

      10.1016/j.nanoen.2018.04.063

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Spatial heterogeneity as the structure feature for structure?property relationship of metallic glasses2018

    • 著者名/発表者名
      Zhu Fan、Song Shuangxi、Reddy Kolan Madhav、Hirata Akihiko、Chen Mingwei
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 9 号: 1 ページ: 39651-7

    • DOI

      10.1038/s41467-018-06476-8

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Crystalline Approximant of Amorphous Fe-Si-B Structures2018

    • 著者名/発表者名
      A. Hirata
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 印刷中

    • NAID

      130007410561

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Distortion of local atomic structures in amorphous Ge-Sb-Te phase change materials2018

    • 著者名/発表者名
      A. Hirata, T. Ichitsubo, P. F. Guan, T. Fujita and M. W. Chen
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] STEM電子回折法によるガラスの局所構造解析2019

    • 著者名/発表者名
      平田秋彦
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会(物性)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 2.Local structure modeling for glasses by angstrom-beam electron diffraction2019

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Hirata
    • 学会等名
      The 14th International Conference on the Structure of Non-Crystalline Materials
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ナノビーム電子回折法による金属ガラスの局所構造解析2019

    • 著者名/発表者名
      平田秋彦
    • 学会等名
      日本結晶学会令和元年度年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 4.Local structure modeling for glasses by angstrom-beam electron diffraction2019

    • 著者名/発表者名
      平田秋彦
    • 学会等名
      相変化研究会シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] アモルファス材料の構造抽出手法の開発2019

    • 著者名/発表者名
      平田秋彦
    • 学会等名
      日本金属学会2020年春期講演大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Direct observation and modeling of local atomic structures of amorphous materials2018

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Hirata, Takeshi Fujita and Mingwei Chen
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第61回シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] アモルファス物質の構造抽出手法の開発2018

    • 著者名/発表者名
      平田 秋彦
    • 学会等名
      第32回分子シミュレーション討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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