| 研究課題/領域番号 |
16H04229
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
佐藤 一永 東北大学, 工学研究科, 准教授 (50422077)
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| 研究分担者 |
荒木 稚子 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (40359691)
鈴木 研 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40396461)
鷲見 裕史 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (80613257)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | セラミックス積層板 / はく離 / 非破壊 / 残留応力 / テラヘルツ波 / 可視化 / 機械学習 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、燃料電池ならびに２次電池をセラミックス・金属で創成し、性能ならびに耐久性・信頼性を飛躍的に向上することを目指した基礎/応用研究である。
セラミックスをはじめとする機能性酸化物材料は耐熱性・耐環境性・耐薬品性・寸法安定性等に優れているが、特に優れた電気化学特性を有するため完全固体電池材料としての利用が期待されている。一方、電池用酸化物材料の一部には環境(酸化・還元）によって組成が大きく変化する酸素不定比性を有する材料も含まれており、酸素不定比性と電気・化学・機械的特性変化の評価が極めて重要であることをこれまでの研究で明らかにしてきた。そこで、本年度はそれらの酸化物材料を積層し電池を構成した際、発生する可能性が高く、性能にも大きく影響を及ぼす界面はく離の評価ならびに予測方法に焦点を絞った研究を行った。具体的には、共同研究者の埼玉大学の荒木は引き続き様々な材料の酸素不定比性、産総研の鷲見が積層化した材料に対する電気化学的評価ならびに残留応力評価、佐藤が積層化した材料のはく離現象評価、東北大学の鈴木が結合力に関する計算化学評価を行い、各種材料の層間結合安定性に関する検討を行った。
電極/電解質を積層したハーフセルを作製し、セラミックス材料を透過するテラヘルツ波を用いて非破壊でのはく離現象可視化を行うため、はく離なし試験片とはく離あり試験片で比較検討を行った。結果、はく離あり試験片で大雑把ながらはく離を可視化することに成功した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本年度は当初の予定どおり、積層化したハーフ電池に対して非破壊ではく離、はく離なし挙動の可視化を行った。テラヘルツ波ならびにX線残留応力装置を用いて、はく離した試験片において想定したはく離領域と一致するはく離領域を大雑把に可視化することに成功した。一方、解析的に可視化することで、ごく狭い領域のはく離を可視化するにも膨大な時間をようすることが明らかになった。そこで、データ解析を機械学習を併用して行うことで従来法の10000倍以上の速度で可視化することに成功した。はく離やその他の現象に対する理論波形を構築することで全自動的な評価手法を確立する可能性を秘めており今後の研究・開発に大きな影響を及ぼす可能性がある。そのため当初の計画以上に進展していることとした。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は、酸化物材料で積層化しはく離挙動の可視化をテラヘルツ波ならびにX線残留応力手法で行うことで非破壊に評価できる可能性を示した。
一方、定性的には可視化することに成功したものの、分解能が極めて低い、解析に膨大な時間がかかるということで機械学習を併用した可視化手法の開発に注力することとした。そこで、これまでの解析手法に加えてはく離やその他の劣化挙動に対するテラヘルツ波、X線への理論波形構築を行うことでこれまでの静的な構造情報だけでなく時間変化を伴う動的な構造情報も得ることで時間変化挙動メカニズムの解明を目指す予定である。
実験で得られる結果と計算科学で得られる結果を組み合わせることで、積層構造ならびに材料因子を組み合わせた材料開発を行い、世界に類を見ないセラミックス・金属型全固体電池の創成を目指す。
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