界面イオン伝導顕微鏡の創成

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H05422
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 高橋 康史 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 准教授 (90624841)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 走査型プローブ顕微鏡 / ナノピペット / 電気化学イメージング

研究実績の概要

電解液を充填したナノスケールのピペット（開口径50 nm）をプローブとして、このナノピペットと試料表面との間に電気化学セルを形成し、試料表面の電気化学特性を捉える走査型電気化学セル顕微鏡（SECCM、界面イオン伝導顕微鏡から改名）を独自開発した。この技術を用いて、リチウムイオン２次電池の正極に利用されるLiFePO4の合材電極表面での反応の不均一性や充放電特性を連続的な電気化学イメージ（電気化学ムービー）として、取得することを可能とした。さらに、本手法をZrO2薄膜修飾が施されたLiCoO2薄膜電極の評価に用いた。ZrO2薄膜修飾を施すことで、電池のサイクル特性が向上することが知られているが、絶縁物質であり、膜厚を厚くするにつれて、レート特性が低下する。ZrO2を修飾していないものと厚さを変えて修飾したもので比較を行ったところ、サイクル特性とレート特性を両立する条件でZrO2薄膜を製膜した場合には、ZrO2の成膜の不均一性に起因したサブマイクロスケールの島状の電流応答を可視化することができた。さらに、開発当初は、SECCMの計測を大気環境で行っていたために制約が多かったが、SECCMを不活性ガス雰囲気のグローブボックス内に設置し、負極に関しても計測することが可能となった。さらに、蓄電材料にとどまらず、触媒材料の電気化学イメージングにもSECCMを利用し、２次元ナノシートなどの不均一な反応性を可視化することに成功した。

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。

研究成果

• [雑誌論文] Scanning electrochemical cell microscopy for visualization and local electrochemical activities of lithium-ion (de) intercalation process in lithium-ion batteries electrodes (2019)
  • 著者名/発表者名: Akichika Kumatani, Yasufumi Takahashi, Chiho Miura, Hiroki Ida, Hirotaka Inomata, Hitoshi Shiku, Hirokazu Munakata, Kiyoshi Kanamura, Tomokazu Matsue
  • 雑誌名: Surface and Interface Analysis 巻: 51 ページ: 27-30
  • DOI: 10.1002/sia.6538
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Visualization of inhomogeneous current distribution on ZrO2-coated LiCoO2 thin-film electrodes using scanning electrochemical cell microscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Inomata H, Takahashi Y, Takamatsu D, Kumatani A, Ida H, Shiku H, Matsue T
  • 雑誌名: Chemical communications 巻: 55 ページ: 545-548
  • DOI: 10.1039/c8cc08916g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical Dopants on Edge of Holey Graphene Accelerate Electrochemical Hydrogen Evolution Reaction (2019)
  • 著者名/発表者名: Akichika Kumatani, Chiho Miura, Hirotaka Kuramochi, Tatsuhiko Ohto, Mitsuru Wakisaka, Yuki Nagata, Hiroki Ida, Yasufumi Takahashi, Kailong Hu, Samuel Jeong, Jun‐ichi Fujita, Tomokazu Matsue, Yoshikazu ItoOhto, T.; Wakisaka, M.; Nagata, Y.; Ida, H.; Takahashi, Y.; Hu, K.; Jeong, S.; Fujita, J.-i.; Matsue, T.; Ito, Y.,
  • 雑誌名: Advanced Science 巻: 1900119 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1002/advs.201900119
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 遷移金属ダイカルコゲナイドナノシートの触媒活性イメージング (2019)
  • 著者名/発表者名: 高橋 康史, 太田 真登, 小林 佑, 熊谷 明哉, 宮田 耕充, 福間 剛士
  • 学会等名: 【応用物理学会】2019春季講演会
• [学会発表] 電気化学界面・デバイスの 局所評価技術の基礎と応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高橋 康史
  • 学会等名: 【応用物理学会】2019春季講演会
  • 招待講演
• [学会発表] Nanoscale Electrochemical Reactivity Imaging on Boron-Doped Diamond Using Scanning Electrochemical Cell Microscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasufumi Takahashi
  • 学会等名: International Symposium on Diamond Electrochemistry (Final Symposium of JST-ACCEL project “Fundamentals and Applications of Diamond Electrodes”)
  • 招待講演
• [学会発表] Visualization of Nanoscale Inhomogeneous Current Distribution on ZrO2-Coated LiCoO2 Thin-Film Electrodes using SECCM (2018)
  • 著者名/発表者名: Yasufumi Takahashi
  • 学会等名: 2018 IEEE International Conference on “Nanomaterials: Applications & Properties”
  • 招待講演