| 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 |
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| 研究課題/領域番号 |
22H04616
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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 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 奈良女子大学 |
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研究代表者 |
山本 健太郎 奈良女子大学, 工学系, 准教授 (90755456)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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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 |
5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2022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 / X線反射率法 / オペランド測定 |
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| 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2021年度までに開発したオペランドX線反射率法を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、電気化学反応時に電極と電解質の固・固界面に形成する反応層の形成機構を明らかにし、高速イオン移動可能な固・固界面設計指針を打ち出す。
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| 研究実績の概要 |
2023年度は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Pt／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。高電位保持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、Pt/LATPモデル界面にはLiCoO2/LATPでは観測された数nmの膜厚の初期被膜が形成していないことが明らかとなった。4.2 V (Li+/Li基準相当)の電位保持直後に得られたX線反射率プロファイルの解析の結果、Pt /LATPモデル界面には高電位保持前の初期状態には見られなかった約1 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。その後4.2 V (Li+/Li基準相当)の電圧下で15.5 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、15.5 h保持後でも界面反応層の膜厚は約2 nmまでしか増加しなかった。同条件のLiCoO2/LATPモデル界面では数十nmまで界面反応層が増加していたことから、Pt /LATPモデル界面では界面反応層の成長速度が比較的遅いことが明らかとなった。また、Pt /LATPモデル界面に対して、4.2 V (Li+/Li基準相当)の電圧下で15.5 h保持した後、0 V (Li+/Li基準相当)の電圧下で18.3 h保持した際に高電位保持時に形成した界面反応層の構造に変化は見られなかった。このことから、Pt /LATPモデル界面に形成した界面反応層は不可逆的に形成していることが明らかとなった。
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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
LiCoO2/LATPモデル界面およびPt/LATPモデル界面に対し、オペランドX線反射率測定を実施し、両者の界面反応層の形成過程の違いを明らかにしている。
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| 今後の研究の推進方策 |
LiCoO2/LATPモデル界面に対し、異なる電位でのオペランドX線反射率測定を実施し、界面反応層の形成速度の電位依存性を明らかにする。またLiCoO2/LATPモデル界面にコート層を導入した際に界面反応速度にどのような影響を与えるのかをオペランドX線反射率測定により明らかにする。
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