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2017 年度 実績報告書

負極反応の活性サイト制御による水素化物の全固体Liイオン電池への新展開

公募研究

研究領域3D活性サイト科学
研究課題/領域番号 17H05216
研究機関東京工業大学

研究代表者

清水 亮太  東京工業大学, 物質理工学院, 特任講師 (70611953)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
キーワード金属水素化物 / 全固体Li電池
研究実績の概要

平成29年度においては、金属水素化物薄膜のエピタキシャル成長と低温物性評価システムの構築をメインに行った。基板を適切に選択することにより、TiH2エピタキシャル薄膜の配向制御を実現し、成長方位に依存した薄膜内水素量の違いと低温における伝導キャリアの符号変化の関係を見出した。この詳細な解析により、TiH2のIntrinsicな伝導キャリアはホール(p型)であると結論付けた。NbHについては、水素量に依存した低温での構造相転移挙動の違いを明らかにし、電気抵抗率の温度ヒステリシスを室温以上の領域にわたって観測することに成功した。こちらも室温以上にわたる温度ヒステリシスは初めての観測結果となる。さらに、YH2のエピタキシャル成長と配向制御も達成し、現在電子輸送特性・光学特性との関連について現在研究を進めている。

また、全固体Li電池への展開として、酸化物系の材料(LiCoO2, Li(Ni,Mn,Co)O2 (正極材料)、LiTi2O4(負極材料))のエピタキシャル薄膜をモデル電極とした全固体Li電池動作に成功した。この中で、薄膜素子作製と電池特性評価プロービングシステムとの間を大気非曝露で搬送するシステムを構築し、上記材料における良好な電池特性や界面抵抗の定量評価を実証した。このシステムを水素化物薄膜へと展開することも可能であり、次年度の水素化物薄膜を用いた全固体Li電池動作につながる成果といえる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

研究室の引越に伴い、水素化物薄膜装置と全固体Li電池が大気非曝露での接続ができなかったことに起因する。H30年度は大気非曝露での搬送が可能となったため、酸化物・水素化物両面から、元来の目的である「Li電池動作前後における原子配列構造変化」の研究に進む。

今後の研究の推進方策

大気非曝露における水素化物薄膜の搬送システムを構築したことから、水素化物薄膜モデル電極を用いて全固体Li電池の動作を実証し、面方位・表面積を規定した界面抵抗の評価を行う予定である。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (7件)

  • [雑誌論文] Fabrication of atomically abrupt interfaces of single-phase TiH2 and Al2O32017

    • 著者名/発表者名
      Ryota Shimizu, Yuki Sasahara, Hiroyuki Oguchi, Kuniko Yamamoto, Issei Sugiyama, Susumu Shiraki, Shin-ichi Orimo, and Taro Hitosugi
    • 雑誌名

      APL Materials

      巻: 5 ページ: 086102

    • DOI

      10.1063/1.4996984

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Scanning tunneling spectroscopy of superconductivity on surfaces of LiTi2O4(111) thin films2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshinori Okada, Yasunobu Ando, Ryota Shimizu, Emi Minamitani, Susumu Shiraki, Satoshi Watanabe, and Taro Hitosugi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 8 ページ: 15975

    • DOI

      10.1038/ncomms15975

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Nonvolatile Memory Device with Very Low Power Consumption Based on the Switching of a Standard Electrode Potential2017

    • 著者名/発表者名
      Issei Sugiyama, Ryota Shimizu, Tohru Suzuki, Kuniko Yamamoto, Hideyuki Kawasoko, Susumu Shiraki, and Taro Hitosugi
    • 雑誌名

      APL Materials

      巻: 5 ページ: 046105

    • DOI

      10.1063/1.4980031

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Self-assembly of very-low height/width aspect-ratio Li3Ni2NbO6 disks embedded in Li3NbO4 epitaxial films2017

    • 著者名/発表者名
      Hideyuki Kawasoko, Ryota Shimizu, Yoshitaka Takagi, Kuniko Yamamoto, Issei Sugiyama, Susumu Shiraki, and Taro Hitosugi
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

      巻: 621 ページ: 202

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2016.12.006

    • 査読あり
  • [学会発表] NbHx (0≦x<1)エピタキシャル薄膜の構造相転移と電子伝導特性2018

    • 著者名/発表者名
      笹原 悠輝, 清水 亮太, 小倉 正平, 西尾 和記, 杉山 一生, 大口 裕之, 福谷 克之, 折茂 慎一, 一杉 太郎
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 反応性マグネトロンスパッタ法を用いたYH2エピタキシャル薄膜の配向制御2018

    • 著者名/発表者名
      小松 遊矢, 清水 亮太, 笹原 悠輝, 西尾 和記, 大口 裕之, 折茂 慎一, 一杉 太郎
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 標準電極電位差を利用した3値記憶素子の作製2018

    • 著者名/発表者名
      渡邊 佑紀, 清水 亮太, 西尾 和記, 杉山 一生, リウ ウェイ, 渡邉 聡, 一杉 太郎
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] LiTi2O4負極材料のエピタキシャル薄膜を利用した全固体Li電池の作製2018

    • 著者名/発表者名
      小林 安貴, 西尾 和記, 清水 亮太, 一杉 太郎
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 核反応分析法を用いた金属水素化物薄膜内の水素量深さ分布解析2017

    • 著者名/発表者名
      清水 亮太, 笹原 悠輝, 小倉 正平, 大口 裕之, 折茂 慎一, 福谷 克之, 一杉 太郎
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] TiH2エピタキシャル薄膜の配向制御と電子輸送特性評価2017

    • 著者名/発表者名
      笹原 悠輝, 清水 亮太, 中西 利栄, 杉山 一生, 西尾 和記, 大口 裕之, 折茂 慎一, 一杉 太郎
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] パルスレーザー堆積法による層状岩塩型LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2エピタキシャル薄膜の合成と配向制御2017

    • 著者名/発表者名
      中村 直人, 西尾 和記, 清水 亮太, 杉山 一生, 一杉 太郎
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会

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公開日: 2018-12-17  

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