| 研究課題/領域番号 |
26289233
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
雨澤 浩史 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (90263136)
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| 研究分担者 |
井口 史匡 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00361113)
八代 圭司 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (20323107)
中村 崇司 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (20643232)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 軟X線吸収分光 / 軟X線発光分光 / オペランド測定 / 機能性酸化物 / 電子構造 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，酸化物材料の機能性発現に深く関与する電子構造を，高温，特殊雰囲気，通電など，材料が用いられる様々な特殊環境下で明らかにすることのできる「軟X線吸収・発光分光同時測定技術」を世界に先駆けて開発することを目的とする。この新規かつ独創的なオペランド測定技術を，燃料電池や蓄電池材料をモデルケースとして適用することにより，使用環境下における酸化物の電子構造明らかにすることが初めて可能となる。
燃料電池や蓄電池に多用される3d遷移金属酸化物の機能性の発現には，フェルミレベル近傍の遷移金属3d軌道，酸素2p軌道が最も深く関わると考えられる。これを踏まえ，本研究では前年度までに，上述の軌道の状態密度を評価することのできる酸素K吸収端（～0.5 keV），3d遷移金属L吸収端（0.6～0.9 keV）での吸収・発光同時測定を，高温，大気圧下で行うことのできる装置の開発を行った。
本年度はこれを適用することにより，①固体酸化物形燃料電池の空気極材料候補La0.6Sr0.4CoO3-dの母体材料であるLaCoO3-dバルク体，②同燃料電池の新規空気極材料候補であるLaNiO4+d，③Liイオン二次電池の正極活物質であるLiCoO2を測定対象に，電池作動条件下もしくは電池作動時の電子構造を実施した。①では，主として温度変化に伴い，材料に含まれるCoイオンのスピン状態が変化する様子を直接観察することに成功した。②では，電極過電圧の印加に応じて，電極材料が部分還元されることを見出し，その変化はNiイオンではなく，Niイオンに配位しているOイオンの還元と見なせることを明らかにした。③では，固体Liイオン伝導体に製膜したLiCoO2薄膜に対し充放電反応を行い，電子構造のオペランド評価が可能であることを示した。
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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
今年度は，前年度に開発した手法を用いて，600℃以上の高温で，試料への通電を行いながらの軟X線吸収・発光同時測定を主目的としていたが，これらは共に達成することができた。また，Liイオン二次電池材料についても検討を始め，全固体Liイオン二次電池の正極材料を測定対象にその電子構造のオペランド評価に成功した。これにより，当初計画されていなかったデバイス・材料においても本研究で開発された手法の有用性を実証できた。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究の進捗については順調である。次年度に予定していた項目についても，一部は既に今年度に着手したものもある。また，当初は計画されていなかったが，開発された手法を全固体Liイオン二次電池材料の評価に適用可能であることを示した。以上を踏まえ，最終年度である次年度は，当初計画していた「測定の高度化」を行い，固体酸化物形燃料電池，全固体Liイオン二次電池材料および反応の評価に適用する。特に，より局所の分析（表面，面内位置分布など）を行えるよう，測定システムの改良を行う。研究成果の学会／論文発表については，引き続き，積極的に行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
今年度は，特殊環境下での軟X線吸収・発光同時測定の対象として，固体酸化物形燃料電池用材料だけでなく，全固体蓄電池材料へと展開することを検討していた。このために，前年度までに開発した試料ホルダの改良を行ったが，その程度が当初想定していたよりも複雑でなかったことから，予定してた予算を必要としなかった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
次年度使用額については，高位置分解測定のための試料ホルダ改良に使用する。これにより，本研究で開発された測定技術の更なる高度化を図り，本研究の目標達成の加速化および研究対象の多角化を可能とする。また，これまで既に計画を上回る成果が得られており，研究最終年度に当たる次年度には，その公表にも注力することが重要だと考えられ，一部はそのための追加費用として使用する。
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