| 研究課題/領域番号 |
21H02053
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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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 | 関西学院大学 |
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研究代表者 |
水木 純一郎 関西学院大学, 学長室, 教授 (90354977)
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| 研究分担者 |
松村 大樹 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究主幹 (30425566)
石井 賢司 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 放射光科学研究センター, 上席研究員 (40343933)
魚住 孝幸 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (80295724)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2021年度: 13,520千円 (直接経費: 10,400千円、間接経費: 3,120千円)
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| キーワード | 非弾性X線散乱 / 電気化学 / 放射光分光法 / 電池正極材料 / 配位子 / 遷移金属酸化物 / 放射光X線発光分光 / 電極材料 / 共鳴X線非弾性散乱 / 酸化還元反応 / アニオン / X線分光解析理論 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、応募者のこれまでの研究「放射光Ｘ線散乱・分光法の利用技術の開発とそれを利用した強相関電子系、電池電極界面、触媒に関する機能発現・物性研究」で得られた知見を基に、新規に電気化学反応の放射光Ｘ線オペランド分光計測法・解析法を開発することで、高蓄電容量電池デバイスにおいて新しい制御可能な自由度と期待される「正極活物質の金属原子と結合するアニオンの酸化還元反応」に直接関わる電子状態を解明する。これにより、これまで未踏であった電気化学反応におけるアニオンの酸化還元活性を支えている学理を構築する。本研究は、放射光Ｘ線の分光計測法を柱として電気化学と固体物理を融合した学際領域を形成する。
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| 研究成果の概要 |
非弾性X線散乱分光器を表面層敏感な分光器に改造し、全固体電池を試料としたオペランド計測用セルを用いて、100nmの薄膜電極材料の微弱発光であるKβ2,5を解析可能な強度で観測することに成功した。
pre-edge H-XASにおいて、Li2MnO3では高エネルギー側（eg軌道）の変化、一方LiCoO2では低エネルギー側（t2g軌道）の変化が観測され、また、Kβ2,5においてLi2MnO3でのみ充放電に伴ってスペクトル全体の強度、及び高エネルギー側のスペクトルに変化が観測された。今回新しく開発したスペクトルの理論計算法によって観測された違いを電子状態論から説明すべく解析を進めている。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
動作中電極の電子状態観測・制御は、全固体電池の他、様々に提案されている革新型電池の発展に欠かせない。本研究成果から電気化学反応下におけるアニオンの酸化還元の活性を支えている学理が構築される。これは、アニオンの酸化還元反応という新しい自由度を利用した新規二次電池創製へ指針を与え、アニオンとして酸素に注目すると、酸素発生反応の電極触媒の開発にも重要な知見となり、究極の二次電池といわれる金属-空気電池創製に繋がる。さらに、電池電極材料にとどまらず、軽元素を含む様々な材料デバイスのオペランド計測に応用すると、電子論に基づいたデバイス機能解析の道が拓けることが期待される。
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