負極界面における亜鉛結晶成長機構のマルチスケールシミュレーション及び実験的解析

Ｚｎ二次電池負極においては充電中に発生する平滑でない析出（＝異常析出）による電池性能の低下が課題となっている。本研究ではこのＺｎ負極における異常析出の形成機構を明らかにし、その抑制に向けた設計指針の策定を目指している。Ｚｎ析出形態形成過程を解析するため、マルチスケールシミュレーション及び電気化学測定等の実験を組み合わせることで原子・分子レベルからナノスケールまでの解析を行ってきている。また、マルチスケールシミュレーションのうち、第一原理計算によって得られた結果を基に電子状態の解析を進めることで、さらに表面や吸着種の間の相互作用の観点からもＺｎ電析時の析出成長について検討している。異常析出の抑制に向けては、表面形態に対して影響を与える添加剤の効果を解析し、その作用機構を理解することが、有用な添加剤の設計指針となりうる。従来研究より、Ｚｎ電析へのＰｂ添加時には、マイクロオーダーの一様なＺｎ柱状析出が現れることが示唆されている。このような知見からＰｂは、Ｚｎ負極を用いた際に発生する異常析出を制御する添加剤の一つとして期待されている。本研究ではＰｂ添加時におけるＺｎ電析実験を行い、さらにシミュレーションも行うことで、Ｐｂ添加時におけるＺｎ電析挙動の解析を進めている。この結果として、Ｚｎ電析へのＰｂ添加時の特徴的なＺｎ柱状析出についてその三次元的な結晶構造が明らかになった。また、このZn柱状析出はＰｂによって被覆されていることが示唆された。現在この結果を基に、析出Ｚｎ原子のＰｂ被覆時における挙動に対する第一原理計算による解析を進めており、析出Ｚｎ原子のＰｂ層内への取り込み挙動が明らかになりつつある。ここまでの結果を報文１報、学会３件として発表している。

Ｚｎ二次電池負極においては充電中に発生する平滑でない析出（＝異常析出）による電池性能の低下が課題となっている。本研究ではこのＺｎ負極における異常析出の形成機構を明らかにし、その抑制に向けた設計指針の策定を目指している。Ｚｎ析出形態形成過程を解析するため、マルチスケールシミュレーション及び電気化学測定等の実験を組み合わせることで原子・分子レベルからナノスケールまでの解析を行ってきている。また、マルチスケールシミュレーションのうち、第一原理計算によって得られた結果を基に電子状態の解析を進めることで、さらに表面や吸着種の間の相互作用の観点からもＺｎ電析時の析出成長について検討している。異常析出の抑制に向けては、表面形態に対して影響を与える添加剤の効果を解析し、その作用機構を理解することが、有用な添加剤の設計指針となりうる。従来研究より、Ｚｎ電析へのＰｂ添加時には、マイクロオーダーの一様なＺｎ柱状析出が現れることが示唆されている。このような知見からＰｂは、Ｚｎ負極を用いた際に発生する異常析出を制御する添加剤の一つとして期待されている。本研究ではＰｂ添加時におけるＺｎ電析実験を行い、さらにシミュレーションも行うことで、Ｐｂ添加時におけるＺｎ電析挙動の解析を進めている。この結果として、Ｚｎ電析へのＰｂ添加時の特徴的なＺｎ柱状析出についてその三次元的な結晶構造が明らかになった。また、このZn柱状析出はＰｂによって被覆されていることが示唆された。現在この結果を基に、析出Ｚｎ原子のＰｂ被覆時における挙動に対する第一原理計算による解析を進めており、析出Ｚｎ原子のＰｂ層内への取り込み挙動が明らかになりつつある。ここまでの結果を報文１報、学会３件として発表している。