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2019 年度 実績報告書

アモルファス系電池用材料の局所原子配列と充放電機構

研究課題

研究課題/領域番号 17H01325
研究機関早稲田大学

研究代表者

平田 秋彦  早稲田大学, 理工学術院, 教授(任期付) (90350488)

研究分担者 渡辺 健太郎  東北大学, 材料科学高等研究所, 准教授 (40582078)
赤木 和人  東北大学, 材料科学高等研究所, 准教授 (50313119)
谷村 誠  横浜国立大学, 機器分析評価センター, 准教授 (00381591)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード電子回折 / 電池用負極材 / 局所構造 / リバースモンテカルロ
研究実績の概要

最終年度は、Li添加によりアモルファス化が起こる結晶SiとアモルファスTiO2に対して実際に充放電を行い、微視的構造の変化を調べることで充放電機構に関する検討を行った。また、新たな手法開拓としてヴァーチャルオングストロームビーム電子回折マッピング法の開発も行った。
*Siの充放電による局所構造変化:結晶SiではLiを挿入した際に、アモルファスのa-LixSiが形成されることが報告されているが、本研究によっても不均一にアモルファス化が進行することが見いだされた。アモルファス化した領域からオングストローム電子回折図形を撮影し、分子動力学法で得たアモルファスSiモデルにLiを挿入して第1原理計算で構造緩和したモデルと比較を行ったところ良い一致が得られた。このモデル中のSi-Si結合長は純Siのものより長くなっていることが明らかとなった。
*アモルファスTiO2の充放電による局所構造変化:成膜したアモルファスTiO2に対してLiを挿入したところ撮影したオングストローム電子回折図形は、Li0.5TiO2結晶構造が歪んだもので再現できることが局所リバースモンテカルロ法により明らかとなった。Li挿入前後で、対応する結晶(アナターゼ、Li0.5TiO2)と類似した局所構造が存在することが明らかとなった。
*ヴァーチャルオングストロームビーム電子回折法:分子動力学計算などで得たアモルファスの構造モデルをベースに、モデル中に内在する様々な局所構造と全体の平均として回折実験で得られる構造因子の対応関係を局所回折計算によって理解する手法を考案した。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2019

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Ultrahigh-pressure form of SiO2 glass with dense pyrite-type crystalline homology2019

    • 著者名/発表者名
      Murakami M.、Kohara S.、Kitamura N.、Akola J.、Inoue H.、Hirata A.、Hiraoka Y.、Onodera Y.、Obayashi I.、Kalikka J.、Hirao N.、Musso T.、Foster A. S.、Idemoto Y.、Sakata O.、Ohishi Y.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 99 ページ: 045153

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevB.99.045153

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Lithium intercalation into bilayer graphene2019

    • 著者名/発表者名
      Ji Kemeng、Han Jiuhui、Hirata Akihiko、Fujita Takeshi、Shen Yuhao、Ning Shoucong、Liu Pan、Kashani Hamzeh、Tian Yuan、Ito Yoshikazu、Fujita Jun-ichi、Oyama Yutaka
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 10 ページ: 275

    • DOI

      https://doi.org/10.1038/s41467-018-07942-z

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Understanding diffraction patterns of glassy, liquid and amorphous materials via persistent homology analyses2019

    • 著者名/発表者名
      ONODERA Yohei、KOHARA Shinji、TAHARA Shuta、MASUNO Atsunobu、INOUE Hiroyuki、SHIGA Motoki、HIRATA Akihiko、TSUCHIYA Koichi、HIRAOKA Yasuaki、OBAYASHI Ippei、OHARA Koji、MIZUNO Akitoshi、SAKATA Osami
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      巻: 127 ページ: 853~863

    • DOI

      https://doi.org/10.2109/jcersj2.19143

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] STEM電子回折法によるガラスの局所構造解析2019

    • 著者名/発表者名
      平田秋彦
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会(物性)
    • 招待講演
  • [学会発表] 2.Local structure modeling for glasses by angstrom-beam electron diffraction2019

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Hirata
    • 学会等名
      The 14th International Conference on the Structure of Non-Crystalline Materials
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ナノビーム電子回折法による金属ガラスの局所構造解析2019

    • 著者名/発表者名
      平田秋彦
    • 学会等名
      日本結晶学会令和元年度年会
    • 招待講演
  • [学会発表] 4.Local structure modeling for glasses by angstrom-beam electron diffraction2019

    • 著者名/発表者名
      平田秋彦
    • 学会等名
      相変化研究会シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] アモルファス材料の構造抽出手法の開発2019

    • 著者名/発表者名
      平田秋彦
    • 学会等名
      日本金属学会2020年春期講演大会
    • 招待講演

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公開日: 2021-01-27  

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