短寿命核^8Liを用いたLiイオン導電体の拡散研究

2006 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 16360317
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 金属物性
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 鄭 淳讃 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助教授 (00262105)
• 研究分担者: 片山 一郎 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 名誉教授 (30028237) ; 石山 博恒 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助手 (50321534) ; 渡辺 裕 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助手 (50353363) ; 市川 進一 日本原子力研究開発機構, 先端基礎研究センター, 研究主幹 (20343907) ; 矢萩 正人 青森大学, 工学部電子システム工学部, 教授 (20244890)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2006
• キーワード: 短寿命核ビーム / 放射性拡散トレーサー / リチウム拡散係数 / 拡散係数の組成依存性 / 複合欠陥の形成 / 原子空孔の規則-不規則変態 / 固体材料界面の拡散抵抗

研究概要

本研究は、平成16年から平成18年に亘り、高品質の短寿命核ビーム、^8Li(半減期:0.83秒)を放射性トレーサーとする非破壊的オンライン拡散実験手法を用いて、NaTl型Li系金属間化合物、β-LiGaにおけるLi拡散を測定した。
主に、β-LiGa内リチウム拡散係数の温度依存性を詳細に調べることにより、リチウム拡散のリチウム組成比依存性とリチウム原子空孔の規則-不規則変態を明らかにした。リチウムの組成が化学論的な組成比(50% at. Li)を持つ場合に拡散が最も早くなり、リチウム欠乏(50% at. Li以下)になると、リチウム拡散の担い手になるリチウム原子空孔の濃度が大きくなるにも関わらずリチウム拡散が遅くなるということが見出された。定量的な解析が待たれているが、定性的には、原子空孔の濃度が極めて大きくなると複合欠陥(原子空孔同士)が形成され、リチウムの動きが抑制されることを示唆している。又、Li欠乏・-LiGaの場合、ある温度以下ではリチウム拡散係数が急に小さくなることが始めて観測された。この転移温度は電気抵抗率や比熱に異常現象が出現する温度と一致しており、この現象はリチウム原子空孔の規則-不規則変態に起因することを強く示唆している。
その他、8Liのビーム開発、測定系の開発を行い、測定効率を向上させて分析手法として、本実験手法を定着させることが出来た。これから本手法を用いてリチウム電池材料の室温での拡散係数とその組成依存性を調べていくと共に、電池内イオン伝導における律速過程である固体材料界面の拡散抵抗を調べる等、固体電池の性能評価および開発に繋がるように更に発展させて行く予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Diffusion experiment by using the short-lived radiotracer of ^8Li (2006)
  • 著者名/発表者名: S.C.Jeong et al.
  • 雑誌名: CP865, AIP2006 865 ページ: 338-343
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Production of a low-energy radioactive nuclear beam with high purity using JAERI-RMS (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Ishiyama et al.
  • 雑誌名: Nucl. Instr. Meth. A560 ページ: 366-372
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Diffusion experiment by using the short-lived radiotracer of 8Li (2006)
  • 著者名/発表者名: S.C.Jeong et al.
  • 雑誌名: CP-AIP 865 ページ: 338-343
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Measurement of self-diffusion coefficients in Li ionic conductors by using the short-lived radiotracer of ^8Li (2005)
  • 著者名/発表者名: S.C.Jeong et al.
  • 雑誌名: J. of Phase and Equilibria and Diffusion 26 ページ: 472-476
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Measurement of diffusion coefficients in solids by the short-lived radioactive beam of ^8Li (2005)
  • 著者名/発表者名: S.C.Jeong et al.
  • 雑誌名: Nucl. Instr. Meth. B230 ページ: 596-600
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Measurement of self-diffusion coefficients in Li ionic conductors by using the short-lived radiotracer of 8Li (2005)
  • 著者名/発表者名: S.C.Jeong et al.
  • 雑誌名: J. of Phase Equilibria. and Diffusion 26 ページ: 472-476
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Measurement of diffusion coefficients in solids by the short-lived radioactive beam of 8Li (2005)
  • 著者名/発表者名: S.C.Jeong et al.
  • 雑誌名: Nucl. Instr. Meth. B230 ページ: 596-600
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] ^8Li and ^<18>F diffusion experiments in solids - an application of accelerated RNB- (2004)
  • 著者名/発表者名: S.C.Jeong et al.
  • 雑誌名: Nucl. Phys. A746 ページ: 293-297
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 8Li and 18F diffusion experiments in solids -an application of accelerated RNB- (2004)
  • 著者名/発表者名: S.C.Jeong et al.
  • 雑誌名: Nucl. Phys. A746 ページ: 293-297
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Tokai Radioactive Ion Accelerator Complex (TRIAC)
  • 著者名/発表者名: Y.X.Watanabe et al.
  • 雑誌名: Euro. Phys. J. (To appear in)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Tokai Radioactive Ion Accelerator Complex (TRIAC)
  • 著者名/発表者名: Y.X.Watanabe et al.
  • 雑誌名: To appear in European Physical Journal A
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より