研究領域 | 蓄電固体デバイスの創成に向けた界面イオンダイナミクスの科学 |
研究課題/領域番号 |
20H05294
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研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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配分区分 | 補助金 |
審査区分 |
理工系
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研究機関 | 京都大学 |
研究代表者 |
山本 健太郎 京都大学, 人間・環境学研究科, 特定准教授 (90755456)
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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 |
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
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キーワード | 固・固界面 / 界面反応層 / X線反射率法 / オペランド測定 / 電気化学 / X線反射率 / 固固界面 / 固体イオニクス / 電極・電解質界面 / 全固体電池 |
研究開始時の研究の概要 |
電気化学デバイスの反応場である電極/電解質界面では、電極と電解質がそれぞれ異なる内部ポテンシャルを有しているため、ポテンシャルの補間が起こる。この領域はバルクとは異なる特異的な化学状態にあり、デバイスの特性に大きな影響を与えていると考えられている。本研究では電極と電解質の固固界面の構造を明らかにすべく、新規解析手法としてオペランド時間分解X線反射率法を開発する。LiCoO2正極/ Li1+xAlxTi2-x(PO4)3固体電解質モデル界面に適用することで、電気化学反応時における正極/電解質界面の構造を捉え、界面イオン輸送速度との関係を明らかにする。
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研究実績の概要 |
2021年度は2020年度までに開発した全固体電池における正極/固体電解質の界面構造の分析のためのオペランドX線反射率法をLiCoO2/Li1+xAlxTi2-x(PO4)3(LATP)モデル界面に対して適用し、高電位保持状態における界面反応相の成長過程の分析を行なった。充電前の初期状態において得られたX線反射率プロファイルの解析の結果、LiCoO2/LATPモデル界面には数nmの膜厚の初期被膜が形成していることが明らかとなった。定電流により4.2 V (Li+/Li基準相当)到達まで充電した直後に得られたX線反射率プロファイルの解析の結果、LiCoO2/LATPモデル界面には充電前の初期被膜とは別に数nmの膜厚の界面反応層が形成していることが明らかとなった。さらに4.2 V (Li+/Li基準相当)の電圧下で12 h保持した際に得られたX線反射率プロファイルの解析の結果、4 h未満の電圧保持では、界面反応層の膜厚は緩やかに増加し、界面反応層/LATP界面のラフネスは数nmの範囲で山なりに変化していた。このことから、4 h未満の電圧保持では界面反応層は島状に成長していることが明らかとなった。4 hを超えての電圧保持では界面反応層の膜厚は反応時間の平方根に比例しながら数十nmまで急激に増加し、界面反応層/LATP界面のラフネスは変化していなかった。このことから、4 hを超えての電圧保持では反応層は拡散成長していることが明らかとなった。オペランドX線反射率法により、全固体電池正極/固体電解質の高電圧下における界面反応層の成長形態を明らかにし、低抵抗な正極/固体電解質界面を設計するための基礎的な知見を得ることに成功した。
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現在までの達成度 (段落) |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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今後の研究の推進方策 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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