| 研究課題/領域番号 |
16K21030
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
岩橋 崇 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (30402423)
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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 | 電気化学 / 電極界面 / 電池 / イオン液体 / SFG / 和周波振動分光 / in situ計測 / Liイオン電池 |
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| 研究実績の概要 |
電極/電解液界面は電気化学反応場を構築する重要なナノ領域であり、当該界面のイオン吸
着・脱離・反応挙動が系の電気化学特性を支配する。しかし、in situ計測技術の制約から実際の充放電時における電極/電解液界面の微視的挙動の理解は不十分であった。本研究は表面敏感な振動分光である赤外-可視和周波発生振動分光（SFG）にて、電極/電解液界面におけるイオン吸着・脱離・反応挙動のin situ 計測手法を確立し、電池の充放電時における電極/電解液界面の微視的挙動の解明を図る。28年度は当初の計画通り(1)裏面反射型SFG測定用電気化学セル構造を設計・構築、(2)電極表面SFG測定条件の最適化を実施した。また、併せて(3)イオン液体電解液へのLi塩添加効果の評価も平行して行い、以下のような成果を得た。
(1)白金の蒸着膜を用いた電気化学セルから電気化学測定が可能な環境を構築した。
(2)上記蒸着膜を用いた金属薄膜電極表面からのSFシグナルの観測に成功した。
(3)in situ SFG計測からLi塩添加時のイオン液体/電極界面におけるイオン吸着・脱離挙動の変化を明らかとし、系の電気化学的安定性向上の原因を解明した。
上記(1)・(2)の成果から本研究方策から電池の充放電時における電極/電解液界面のin situ SFG分光計測技術の確立が可能であることが示された。また、上記(3)からLiイオン電池の電解液として注目を集めるイオン液体の電気化学的安定性の要因の理解に繋がる成果が得られた。これはLiイオン電池の電極表面における相間固体電解質（SEI）の形成過程や役割を理解する上で重要な知見であると考えられる。なお、本成果を学術雑誌に投稿し、Communication記事として掲載された（Electrochem. Commun.）。
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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
前項「研究業績の概要」にて述べた通り、当初の計画に従い(1)裏面反射型SFG測定用電気化学セル構造を設計・構築、(2)電極表面SFG測定条件の最適化を実施した。(1)については金属薄膜電極を用いた電気化学系の試作を行い、電気化学計測を行えることまでを確認した。また、(2)については金属薄膜電極表面からのSFシグナル観測が可能であることを検証できた。よって、次年度以降の研究計画(3)金属電極/電解液界面のin situ 電気化学SFG測定技術の確立へと進むために必要な検証実験は完了しており、おおむね順調に研究が進行していると考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
前項「現在までの進捗状況」にて述べた通り、29年度以降に予定されている研究項目を実施するために必要な検証実験が当初の計画通り概ね完了した。そこで、今後は当初の予定通りまずは(3)金属電極/電解液界面のin situ 電気化学SFG測定技術の確立を目指す。29年度は特に実用電池構造を模した新たなin situ電気化学SFG測定セルの構築を試み、既知の電気化学系との比較検討を行うことで、電気化学測定と分光測定が同時に行える新たな新規電気化学SFG測定セルの性能評価を行う。なお、既知の電気化学系としてはこれまで我々が評価を行ってきたイオン液体/Pt電極系を用い、当該電極界面にて観測されるイオン吸着・脱離挙動のヒステリシスを新規電気化学SFG測定セルにて計測することでセル構造の最適化を試みる。上記(3)の進捗によっては(5)実用電極/電解液界面へのin situ電気化学SFG測定技術の展開も実施する予定である。
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