| 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 |
22H04617
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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 | 京都大学 |
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研究代表者 |
間嶋 拓也 京都大学, 工学研究科, 准教授 (50515038)
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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 |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2023年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2022年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
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| キーワード | TOF-ERDA / ERDA / イオンビーム分析 / リチウムイオン電池 / 全固体電池 / 薄膜電池 / 水素分析 / 深さ分析 / 薄膜 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
水素（H）やリチウム（Li）など軽元素は，蓄電固体材料において主要な役割を果たす重要な元素であるが，その分析手法は限られており，試料内での濃度分布の定量的かつ系統的な知見は依然として不足している．本研究では，MeVオーダーの高エネルギーイオンビームを用いた飛行時間測定型の弾性反跳粒子検出（TOF-ERDA）法を，薄膜電池試料などに対して適用し，元素ごとに分離されたナノレベルの深さ分布測定を行う．電圧印加しながらその場測定を行い，充放電中のLi分布の変化をオペランド計測する．HやLiなどの軽元素の濃度分布に基づいた物性評価から，界面イオンダイナミクスの解明に貢献する．
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| 研究実績の概要 |
本研究では、全固体リチウムイオン電池を含む蓄電固体材料の電極・固体電解質界面における特異なイオン輸送特性およびイオン蓄積挙動のメカニズムを理解することを目的に、弾性反跳粒子検出（ERDA）法を用いた実験研究を行った。ERDA法はMeVイオンビームを用いた分析手法のひとつであり、水素やリチウムなどの軽元素の濃度分布を直接的に分析できる手法である。本新学術領域研究の第１期の公募研究において、元素弁別された深さ分布をさらに高い分解能で得るため、飛行時間型（TOF-）ERDA測定のための新たな分析システムを構築した。本分析システムを用いた測定条件の最適化や装置の改良を進めつつ、各種の蓄電固体材料に対する測定を実施した。本年度は、本新学術領域研究で共通的に測定が進められている薄膜標準電池（Pt/LCO/LATP/FMO/Pt/Au）のTOF-ERDA測定を進め、最初に測定を行ったCuイオン入射の他に、比較のためSiおよびAgイオン入射による測定を行った。これにより、測定精度や感度が入射イオン種に対してどのように変化するか確認した。さらにその際、異なるイオン種の入射による照射損傷の影響を考慮するため、シミュレーションによってはじき出し損傷量を評価し、それを考慮した解析を進めた。また新たな測定対象として、Cu/LPO電極界面でのLi濃度分布のオペランド測定に成功し、界面におけるLiPONの分解反応について新たな知見を得た。本結果は英文誌で掲載済みである。また、以前から行っている通常のERDA測定による遷移金属酸化物薄膜試料中の水素濃度の測定についても、SrFeOyの結晶軸の配向に対する依存性や、LaSrNiO4に対する測定を進め、英文誌で結果を公表した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。
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