2017 Fiscal Year Annual Research Report
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15H05422
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
高橋 康史 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 准教授 (90624841)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ナノ電気化学セル / ナノピペット / 電気化学イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電池の理論容量と実容量のギャップを埋めるには、イオン伝導経路の詳細な理解が必要である。そこで、独自に開発を行ってきた電気化学セル顕微鏡（SECCM）を用いて、実電池材料表面でのイオン伝導度の不均一性のナノスケールでの可視化と、結晶レベル（粒界や結晶面）でのイオン伝導度の定量評価、材料内や電解液中のリチウムイオンの濃度プロファイルの可視化を行う。計測により得られた知見から、電池内での効率的なイオン伝導を可能とする電池構造や活物質のコーティングなど、これまで最適化が困難とされてきた電池の界面設計の指標を示す。本年度は、グローブボックス内でのSECCM計測を確立し、有機溶媒やLi参照極の使用が可能となった。このことで、リチウムイオン２次電池の負極材料の評価が可能となり、チタン酸リチウム（LTO）の計測を行った。LTOは、高速充放電が可能な負極材料としても注目されているが、SECCMの計測により、コバルト酸リチウム（LCO）とLTOでのCVの掃引速度を変えて電流応答を比較した。また、デジタルマイクロスコープをグローブボックス内に配置し、材料表面の位置をデジタルマイクロスコープで確認しながら、SECCM測定を行うことが可能となった。さらに、蓄電池以外の材料として、水素発生反応の触媒材料として注目されているMoS2の活性サイトのSECCMイメージングに関しても着手し始めた。MoSの水素発生反応の触媒活性の高いサイトはエッジ部分にあることが知られており、実空間でエッジ部分とテラス部分での活性の違いを可視化することに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
グローブボックス内でのSECCM計測を確立し、有機溶媒やLi参照極の使用を可能とした。このことで、リチウムイオン２次電池の負極材料の評価が可能となり、LTOの計測を行った。LTOは、高速充放電が可能な負極材料としても注目されている。そこで、SECCMの計測により、LCOとLTOでのCVの掃引速度を変えて電流応答を比較した。LTOでは、CVの際のピークセパレーションが狭く、明らかに充放電を高速で行える材料であることを示すことができた。さらに、ナノスケールの電気化学計測では、100 V/sの高速ＣＶでも容量電流に埋もれずに酸化還元電流を見えることから、より詳細な電気化学特性を評価していく予定である。また、蓄電池以外の材料として、水素発生反応の触媒として期待されているMoS2のナノシートの電気化学イメージングを行い、エッジ部分で高い活性があることを電流イメージとして可視化することに成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで電気化学セル顕微鏡(SECCM)の計測において、溶液のしみこみ状態を見積もることが困難であり、XY方向と、Z方向の材料の利用体積を求めることができなかった。そこで、より定量的な計測を行うため、薄膜技術を利用してサンプルの深さや面積を制御し、SECCMの計測にGITTやPITTなどの電気化学計測手法を用いて、材料中のLiの拡散係数を見積もる。さらに、MoS2に関しては、ひずみの影響や、MoS2とWS2などのヘテロ界面における触媒能など、試料の構造や界面に特異的に生じる触媒能を調査する予定である。
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