| 研究課題/領域番号 |
20K15375
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分36020:エネルギー関連化学
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
石黒 志 東北大学, 国際放射光イノベーション・スマート研究センター, 助教 (20752455)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
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| キーワード | X線タイコグラフィ / X線吸収微細構造 / 蓄電材料粒子 / オペランド計測 / XAFS / 蓄電池材料 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、充放電過程での正・負極活物質・固体電解質実粒子内及び粒子間界面付近の化学状態分布を10 nmオーダーの空間分解能を持つオペランド・タイコグラフィXAFS計測によって可視化し、粒子内・粒子界面でのイオン輸送・拡散現象に関する未知なる構造－機能相関性を抽出することを目指す。そして、この一連の可視化計測・解析を通し、様々な機能性材料系のnm-μmのメソスケール領域の不均一・複雑な構造・化学状態分布の背後に潜む、材料機能発現の本質理解に繋がる新たな可視化・定量化のメソッド確立を目指す。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、充放電過程でのリチウム蓄電池正極活物質粒子および電極界面付近の化学状態分布を可視化するためタイコグラフィXAFS法含む各種イメージングXAFS計測を行い、粒子内・粒子界面でのイオン輸送・拡散現象に関する未知なる構造-機能相関性を抽出することを目指した。 スピネル型マンガン-ニッケル酸リチウム(LNMO)粒子内部のタイコグラフィXAFS計測を行い、LNMO粒子内のMn・Ni組成・化学状態の不均一性を示 唆する分布を捉える事に成功した。また、Li過剰バナジウム酸化物系正極活物質、薄膜全固体電池系などへの計測実験を行い、内部化学状態の可視化に成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究の成果により、「不均一・複雑な機能性材料系中に潜む埋没した構造－機能相関の発掘する」という課題に対し、「多次元顕微分光測定」、「オペランド計測」、「高度情報処理」を高度に融合させた、材料機能可視化の解析プロトコルをしめすことができた。今後このプロセスをあらゆる機能性材料系に適用することにより、試料の背後に潜んでいる材料機能との未知なる相関性を可視化・定量化し、材料設計へフィードバックしていく可能になることが期待できる。
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