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負極反応の活性サイト制御による水素化物の全固体Liイオン電池への新展開

公募研究

研究領域3D活性サイト科学
研究課題/領域番号 17H05216
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東京工業大学

研究代表者

清水 亮太  東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (70611953)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2018年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2017年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
キーワード全固体Li電池 / 金属水素化物 / 遷移金属酸化物 / 放射光構造解析 / 電気化学反応活性サイト
研究実績の概要

全固体Li電池は高い安全性などから次世代の二次電池として注目されている。しかしながら、高出力化にはまだ課題があり、これは電極/固体電解質の界面におけるLi移動のしにくさに起因している。従って、埋もれた界面を原子スケールで理解し、Li移動がしやすい状態にすることが重要となる。本研究では金属水素化物および金属酸化物電極と固体電解質の界面について、放射光X線回折によるLi電池の電極/固体電解質界面構造の非破壊観察を行った。

容量の大幅な増加が期待されている金属水素化物材料としてTiH2のエピタキシャル薄膜に着目し、初期成長段階(<5 nm)における結晶格子に由来する回折は確認した。しかしながら、水素化物の薄膜では基板に酸化物を用いていることも関連して、界面近傍で原子拡散が起きていることが示唆されており、全原子解析できるほどの秩序を得ることはできなかった。結晶成長技術の向上が今後急務である。

そこで、薄膜成長技術が成熟している酸化物系(LiCoO2, LiTi2O4)に立ち返り、薄膜型Li電池の構造における放射光X線回折を行った。酸化物の系においては、原子レベルで界面の原子配列構造を決定することに成功した。また、界面に電気双極子を導入した積層構造を導入することで、Liの自発的拡散が制御された低い界面抵抗を有する良質な界面が得られるという結論を得た。このように、原子配列の乱れが少ない界面の作製指針を示すことができた。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] A hysteresis loop in electrical resistance of NbHx observed above the β?λ transition temperature2019

    • 著者名/発表者名
      Sasahara Yuki、Shimizu Ryota、Oguchi Hiroyuki、Nishio Kazunori、Ogura Shohei、Morioka Hitoshi、Orimo Shin-ichi、Fukutani Katsuyuki、Hitosugi Taro
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 9 号: 1 ページ: 015027-015027

    • DOI

      10.1063/1.5066367

    • 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] Pulsed laser deposition of oxide thin films by the fifth harmonic of a Nd:Y3Al5O12 (Nd:YAG) laser2018

    • 著者名/発表者名
      Shimizu Ryota、Sugiyama Issei、Nakamura Naoto、Kobayashi Shigeru、Hitosugi Taro
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 8 号: 9 ページ: 095101-095101

    • DOI

      10.1063/1.5048441

    • 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] Fabrication of atomically abrupt interfaces of single-phase TiH2 and Al2O32017

    • 著者名/発表者名
      Ryota Shimizu, Yuki Sasahara, Hiroyuki Oguchi, Kuniko Yamamoto, Issei Sugiyama, Susumu Shiraki, Shin-ichi Orimo, and Taro Hitosugi
    • 雑誌名

      APL Materials

      巻: 5 号: 8 ページ: 086102-086102

    • DOI

      10.1063/1.4996984

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Scanning tunneling spectroscopy of superconductivity on surfaces of LiTi2O4(111) thin films2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshinori Okada, Yasunobu Ando, Ryota Shimizu, Emi Minamitani, Susumu Shiraki, Satoshi Watanabe, and Taro Hitosugi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 8 号: 1 ページ: 15975-15975

    • DOI

      10.1038/ncomms15975

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Nonvolatile Memory Device with Very Low Power Consumption Based on the Switching of a Standard Electrode Potential2017

    • 著者名/発表者名
      Issei Sugiyama, Ryota Shimizu, Tohru Suzuki, Kuniko Yamamoto, Hideyuki Kawasoko, Susumu Shiraki, and Taro Hitosugi
    • 雑誌名

      APL Materials

      巻: 5 号: 4 ページ: 046105-046105

    • DOI

      10.1063/1.4980031

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Self-assembly of very-low height/width aspect-ratio Li3Ni2NbO6 disks embedded in Li3NbO4 epitaxial films.2017

    • 著者名/発表者名
      H. Kawasoko, R. Shimizu, Y. Takagi, K. Yamamoto, I. Sugiyama, S. Shiraki, T. Hitosugi
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

      巻: 621 ページ: 202-206

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2016.12.006

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Physical properties control in metal hydride epitaxial thin films by tuning hydrogen contents2019

    • 著者名/発表者名
      Ryota Shimizu
    • 学会等名
      International Symposium on Molecular Science 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 金属水素化物薄膜のエピタキシャル成長と物性制御2019

    • 著者名/発表者名
      清水 亮太
    • 学会等名
      平成30年度仙台プラズマフォーラム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Hydrogen-content-dependent physical properties observed in metal hydride epitaxial thin films2018

    • 著者名/発表者名
      Ryota Shimizu
    • 学会等名
      The 4th Japan-Korea Joint Symposium on Hydrogen in Materials
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] NbHx (0≦x<1)エピタキシャル薄膜の構造相転移と電子伝導特性2018

    • 著者名/発表者名
      笹原 悠輝, 清水 亮太, 小倉 正平, 西尾 和記, 杉山 一生, 大口 裕之, 福谷 克之, 折茂 慎一, 一杉 太郎
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 反応性マグネトロンスパッタ法を用いたYH2エピタキシャル薄膜の配向制御2018

    • 著者名/発表者名
      小松 遊矢, 清水 亮太, 笹原 悠輝, 西尾 和記, 大口 裕之, 折茂 慎一, 一杉 太郎
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 標準電極電位差を利用した3値記憶素子の作製2018

    • 著者名/発表者名
      渡邊 佑紀, 清水 亮太, 西尾 和記, 杉山 一生, リウ ウェイ, 渡邉 聡, 一杉 太郎
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] LiTi2O4負極材料のエピタキシャル薄膜を利用した全固体Li電池の作製2018

    • 著者名/発表者名
      小林 安貴, 西尾 和記, 清水 亮太, 一杉 太郎
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 核反応分析法を用いた金属水素化物薄膜内の水素量深さ分布解析2017

    • 著者名/発表者名
      清水 亮太, 笹原 悠輝, 小倉 正平, 大口 裕之, 折茂 慎一, 福谷 克之, 一杉 太郎
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] TiH2エピタキシャル薄膜の配向制御と電子輸送特性評価2017

    • 著者名/発表者名
      笹原 悠輝, 清水 亮太, 中西 利栄, 杉山 一生, 西尾 和記, 大口 裕之, 折茂 慎一, 一杉 太郎
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] パルスレーザー堆積法による層状岩塩型LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2エピタキシャル薄膜の合成と配向制御2017

    • 著者名/発表者名
      中村 直人, 西尾 和記, 清水 亮太, 杉山 一生, 一杉 太郎
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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