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Research

PublicationsNIMS affiliated publications since 2004.

Research papers
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Society memberships

日本化学会, 電気化学会, 日本表面真空学会, 日本固体イオニクス学会

Research Center for Energy and Environmental Materials (GREEN)
Title

界面その場計測技術の開発と電気化学デバイスへの応用

Keywords

その場計測,固液・固固界面,電気化学,燃料電池,二次電池

Overview

燃料電池・二次電池といった電気化学デバイスの界面では、原子・分子・イオン・電子などが関与した複雑な物理化学現象が起こっている。デバイスの性能・寿命はこうした界面現象およびこれらに起因して逐次的に起こるマルチスケールな現象の積み重ねによって決まる。したがって、高性能な材料・デバイスを開発するためにはこれらを観察し、理解するための計測技術が不可欠である。本研究では、X線吸収分光法、X線光電子分光法、走査プローブ顕微鏡などを基盤として独自のその場計測技術を開発し、試験用セルはもとより、実用志向のデバイスに応用することによって、反応機構の解明と材料設計指針の創出を目指している。

Novelty and originality

世界で初めてX線光電子分光法により固液界面における電気化学反応をその場観察
世界で初めて原子間力顕微鏡によりリチウムイオン電池の複合電極断面をナノ力学特性マッピング
実験室型の汎用装置を基盤に独自開発したX線光電子分光装置により全固体電池の反応観察に成功
酸化物型全固体電池の製造に不可欠な固体電解質・電極活物質共焼結による反応生成物解析マップを構築中
白金系電極触媒表面における硫黄吸着・脱離挙動の解明と耐被毒性に優れた新材料探索

Details

image

独自に開発した計測装置の一部を紹介する。
全固体電池をアルゴン雰囲気のグローブボックスから真空槽に大気非曝露で搬送し、充放電サイクルを行いながら電極表面あるいは薄膜電極/固体電解質界面のX線光電子分光測定を行うことができる。
リチウムイオン電池などの複合電極の断面をイオンミリング法により露出させ、二つの周波数で励振されたプローブの振幅・周波数などの変化よりナノ形状・力学特性を同時にマッピングすることができる。全固体電池を対象としたオペランド計測が可能であり、液系電池への展開に向けた研究開発を進めている。

Summary

電気化学条件下におけるその場・オペランド計測が可能な多様な計測技術を開発
燃料電池の電極触媒およびリチウムイオン電池・全固体電池の電極反応に応用
他に類を見ない新たな計測技術を開発しつつ、反応機構解明・材料指針創出を目指した研究を推進中

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