operando experiment for investigating electronic state of the next generation battery electrode by the development of synchrotron radiation x-ray spectroscopy

通过开发同步辐射X射线光谱技术研究下一代电池电极的电子状态的操作实验

• 批准号: 21H02053
• 负责人: 水木 純一郎
• 金额: $ 11.56万
• 依托单位: Kwansei Gakuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02053/
• 关键词: 非弾性X線散乱; 電気化学; 放射光分光法; 電池正極材料; 配位子; 放射光X線発光分光; 電極材料; 共鳴X線非弾性散乱; 酸化還元反応; アニオン

22年度は、新規に電気化学反応の放射光Ｘ線オペランド分光計測法・解析法を開発することをメインに研究を進めた。具体的には、電池動作下（オペランド）で遷移金属の内殻電子励起により散乱されるKβ1,3, Kβ', Kβ", Kβ 2/5蛍光X線を計測した。テスト試料として電極材料と類似結晶構造を持つLaMnO3単結晶、LaCoO3単結晶で上記蛍光X線が計測可能であることを確認したのちに、実際の二次電池正極物質として研究ターゲットとしているLi2MnO3、LiCoO2を電極とした蓄電池の完全充電、完全放電状態でのex-situでのそれぞれの上記蛍光X線の観測に成功した。電極膜厚100nmの薄膜であっても解析可能なs/n（シグナル/ノイズ比）で観測できることを確認した。さらに年度末の実験で、Li2MnO3薄膜を電極とした全固体二次イオン電池を作製し充放電中のMnからの上記蛍光X線の観測に成功し、各電圧でのスペクトルの系統的な変化を観測した。21年度に製作した微小角入射非弾性散乱装置(GI-RIXS)のオフビームでの動作テストを完了し、23年度に実施を予定しているGI-RIXS実験の準備が整った。また、実験で得られたスペクトルの電子論的解釈のために必要な理論計算の成果は、Kβ 2/5解析のために，計算環境の整備・高度化に向けて去年度から引き続き取り組んだ。第一原理計算と不純物アンダーソン模型を融合した計算環境を構築し、ベンチマークテストとしてLiCoO2などの典型物質について2pXPS、2pXAS解析を行い，日本物理学会にて報告した。また，ベイズ推定、および第一原理計算との融合において効率的アルゴリズムをそれぞれで新規に考案した。

22 annual は, new rules に electric chemical anti 応 気 の X-ray radiation light オ ペ ラ ン ド spectrometer measuring method, analytic method を open 発 す る こ と を メ イ ン を に research into め た. Under specific に は, battery action (オ ペ ラ ン ド) で migration metal の inner shell electron excitation up に よ り scattered さ れ る K beta 1, 3, beta K 'and K beta ", K beta 2/5 蛍 X-ray light を measuring し た. テ ス ト sample と し て electrode materials と similar crystal structure を hold つ LaMnO3 単 crystallization, LaCoO3 単 蛍 X-ray light on crystallization で が measuring may で あ る こ と を confirm し た の ち に, be interstate の secondary battery anode material と し て research タ ー ゲ ッ ト と し て い る Li2MnO3, LiCoO2 を electrode と し た の fully charge battery In the state of complete discharge, で. In situで. Youdaoplaceholder2. Youdaoplaceholder3. X-ray 観. Youdaoplaceholder5. Successful た. Youdaoplaceholder6. Electrode film thickness of 100 nm の film で あ っ て も parsing may な s/n (シ グ ナ ル / ノ イ ズ than) で 観 measuring で き る こ と を confirm し た. さ ら に の at the end of the year be 験 で, を Li2MnO3 film electrode と し た all solid secondary イ オ ン し charge and discharge of the battery を cropping の Mn か ら の 蛍 X-ray light on の 観 に し success, various electric 圧 で の ス ペ ク ト ル な の system - the を 観 measuring し た. 21st annual に making し た small Angle of incidence non 弾 scattered device (GI - RIXS) の オ フ ビ ー ム で の action テ ス ト を finished し, 23 year に be applied を designated し て い る GI - RIXS be 験 の prepare が whole っ た. ま た, be 験 で have ら れ た ス ペ ク ト ル の electronic theory solution 釈 の た め に necessary な は の theoretical calculation results, K beta 2/5 parsing の た め に, computing environment の servicing, に empirically to け て got nowhere か ら lead き 続 き group take り ん だ. First principles calculation と impurity content ア ン ダ ー ソ ン model を fusion し た computing environment を constructing し, ベ ン チ マ ー ク テ ス ト と し て LiCoO2 な ど の typical material に つ い て PXPS, 2 pxas parsing を い, Japan institute of physics に て report し た. ま た, ベ イ ズ presumption, お よ び first principles calculation と の fusion に お い て sharper rate ア ル ゴ リ ズ ム を そ れ ぞ れ で new rules に test case し た.

项目成果

X線分光微細構造に対するベイズ推定を用いたモデル妥当性評価Ⅱ

使用贝叶斯估计进行 X 射线光谱精细结构 II 模型有效性评估

• 发表时间: 2022
• 作者: Sakai Arisu;Harada Kazuki;Tsunekawa Shun;Tamura Yoshiaki;Ito Masaya;Hatada Keisuke;Ina Toshiaki;Ohara Takumi;Wang Ke-Hsuan;Kawai Takeshi;Yoshida Masaaki;小畠誠也;竹澤 悠典・黄 薇恩・森 圭太・西山 康太郎・塩谷 光彦;河野 利句也，魚住孝幸
• 通讯作者: 河野 利句也，魚住孝幸

Study on the Tm Electronic States in TmX3 (X = Al, Ga, In, and Pd) using X-ray Emission and Photoemission Spectroscopies

使用 X 射线发射和光电发射光谱研究 TmX3（X = Al、Ga、In 和 Pd）中的 Tm 电子态

• 发表时间: 2023
• 期刊: JPS Conference Proceedings
• 作者: N. KAWAMURA;N. SASABE;A. YASUI;Y. HIROSE;F. HONDA;K. MIMURA;Y. MATSUMOTO;T. UOZUMI
• 通讯作者: T. UOZUMI

X-ray two-beam topography for quantitative derivation of phase shift by crystalline dislocations

用于定量推导晶体位错相移的 X 射线双束形貌

• DOI: 10.1103/physrevresearch.5.l012043
• 发表时间: 2022
• 期刊: PHYSICAL REVIEW RESEARCH
• 影响因子: 4.2
• 作者: Y. Kohmura;K. Ohwada;N. Kakiuchi;K. Sawada;T. Kaneko;J. Mizuki;M. Mizumaki;T. Watanuki;T. Ishikawa
• 通讯作者: T. Ishikawa

Experimental and Theoretical Investigation of High-Resolution X-ray Absorption Spectroscopy (HR-XAS) at the Cu K-Edge for Cu2ZnSnSe4

• DOI: 10.3390/condmat8010008
• 发表时间: 2023-01
• 期刊: Condensed Matter
• 影响因子: 1.7
• 作者: Wei Xu;Yujun Zhang;K. Ishii;H. Wadati;Yingcai Zhu;Zhiying Guo;Qianshun Diao;Zhen Hong;Haijiao Han;Lidong Zhao

広範な物質群を対象とする第一原理X線分光解析環境の構築と応用Ⅱ

多种材料第一性原理X射线光谱分析环境的构建及应用II

• 发表时间: 2022
• 作者: 森本晃平;北川大地;Fei Tong;Christopher J. Bardeen;小畠誠也;古橋潤樹，魚住孝幸
• 通讯作者: 古橋潤樹，魚住孝幸