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データ駆動オペランド電子線モアレ法による全固体電池内Liイオン伝導の機構解明

利用数据驱动操作电子束莫尔法阐明全固态电池中锂离子传导机制

基本信息

批准号：
22K14473
负责人：
麻生浩平
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Japan Advanced Institute of Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

電気エネルギーを高効率かつ安全に利用する次世代社会に向けて、全固体リチウム (Li)イオン電池の研究が進められている。電池を充放電させるとき、内部ではLiイオンが伝導していく。電池性能向上に向けて、イオン伝導が結晶の局所構造 (結晶方位、欠陥、粒界など) からどのような影響を受けるか理解が求められている。そこで本研究では、走査透過電子顕微鏡 (STEM) とデータ科学に基づき、Liイオン電池内でイオンが伝導していく様子をナノメートルスケールで動的にとらえる手法を開発し、イオン伝導が局所構造と関係するか解明することを目的として進めてきた。当該年度では、STEM観察に向けた電池試料の加工、ならびにプログラミング制御によるSTEM像取得の自動化に注力してきた。電池のSTEM観察に向けて、集束イオンビーム (FIB) による加工を試みた。薄膜電池から、FIBを用いて微小サンプルを切り出し、最終的に厚さを100 nm程度まで薄くした。試料をSTEM観察したところ、大部分は合成時に想定していた構造であった。一方で、正極と固体電解質の界面付近には、それらが反応したと思われる層が観察された。この反応層は、試料を大気に暴露した際に生じたと考えている。大気に暴露せずサンプルを搬送する手法の設計を進めている。STEM内で電池を動作させながら観察する場合、数時間にわたって1分程度の間隔で像を取得し続ける必要がある。これを自動で行うため、Pythonプログラミング制御によってSTEM像を間欠的に取得するコードを開発した。本コードには、従来の問題であった試料への電子線ダメージを低減できる工夫も備えた。通常は像を取得したあとデータを保存し終えるまで数秒程度の時間があり、その間も電子線が試料に照射されつづける。しかし、本プログラミングでは、データ保存の間は電子線を照射しないよう設定できる。

The research on the electric battery with high efficiency, safety and utilization in the next generation society is progressing. The battery is charged and the battery is charged internally. The battery performance is upward, and the crystal structure (crystal orientation, defect, grain boundary) is affected by the upward direction. In this study, we investigated the development and purpose of electronic micromirrors (STEM) and the relationship between the structure and the structure of a battery. During the year, STEM inspection focused on automated STEM image acquisition for battery sample processing and manufacturing. STEM inspection of batteries is conducted in the following directions: Thin film batteries are thin and thin with a thickness of 100 nm. Most of the samples were synthesized by STEM. The interface between the electrode and the solid electrolyte is close to each other. The reaction layer and the sample were exposed to high temperature. The design of the transportation method of the large exposure STEM battery operation is necessary to detect the situation, the number of minutes to obtain the image This is the first time that a STEM image has been acquired. This is the first time I've ever had a problem. Usually, the image is acquired and stored for a few seconds. This is the first time that the electron beam has been irradiated.