| 研究課題/領域番号 |
22K05292
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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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 | 公益財団法人高輝度光科学研究センター |
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研究代表者 |
片山 真祥 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 分光推進室, 主幹研究員 (90469198)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023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)
2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 反応分布の対極への伝播 / オペランド / 電池セル / XAFS / 空間分解 / 二次電池 / 反応分布 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
リチウムイオン電池は従来の小型・軽量を活かした用途だけではなく、高容量・大電流を必要とする電気自動車(EV)や定置用蓄電池として、利用の幅が広がっており、特に人命に直結するEVに搭載されるバッテリーの安全性は極めて重要である。二次電池の電極反応は、空間的な電位分布や物質輸送に影響を受け、空間的に不均一になる。一旦、片側の電極に不均一な反応分布が生じると、その後の充放電で正極・負極間の電圧の分布もその影響を受け、対極の電気化学ポテンシャルは均一ではなくなると考えられる。本研究では二次電池電極の反応分布が対極にどのように影響を及ぼすのかを明らかにする。
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| 研究実績の概要 |
電極の反応分布解析に先立ち、SPring-8 BL01B1において二次元XAFS測定システムの構築を行った。二次元検出器は既存のX線用カメラを使用し、Quick XAFS計測システムと連動させることで、連続的な透過X線像が取得可能なQuick 2D-XAFSシステムを立ち上げた。金属箔を用いた評価測定において、スキャン時間12秒で6μm×6μmの空間分解能で化学状態を識別可能なデータの取得に成功した。また、Fe K吸収端付近のエネルギーでは4mm×7mmのビームサイズのX線が利用可能であり、このビーム内でのエネルギー分布は補正が可能であることを確認した。立ち上げた測定システムおよび作製したマイクロバッテリーセルを用いて、リチウムイオン電池の電極反応分布解析を実施した。試験セルはLiFePO4電極とLiCoO2電極、グラファイト電極の三つの電極から構成され、Fe K吸収端とCo K吸収端の二次元XAFS測定を行うことで、LiFePO4電極-LiCoO2電極間の反応分布の伝播の様子が同時追跡可能な仕様とした。先に行った充電で不均一な分布を持ったLiFePO4電極とLiCoO2電極間での充放電過程をQuick 2D-XAFSにより追跡した結果、LiFePO4電極に発生した不均一な電極反応分布がLiCoO2電極上での反応に空間的に影響を及ぼすことが明らかになった。すなわち、電極反応分布は向かい合って配置された対極へ影響する。一方で、それぞれの電極で観測された反応分布には化学状態の傾斜や広がりなどに違いが見られるため、反応分布の伝播機構を解明するために、複数の条件での結果を比較し分布を詳細に解析する必要がある。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
予定していた測定系の立ち上げおよびそれを用いた実験・解析が順調に進行している。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでに得られた結果をまとめて成果を発信するとともに、条件を変更した実験を実施し、現象の理解を深める。
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