オペランド電気化学 SPR 分光法の深化によるアルカリ金属析出の初期過程の探求

深化操作电化学SPR光谱探索碱金属沉淀的初始过程

基本信息

批准号：
22K14606
负责人：
橘田晃宜
金额：
$ 2.91万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial 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

電極表面でアルカリ金属がどのように析出するのか、そのメカニズムの解明は、高エネルギー密度化が期待される次世代金属二次電池の開発にとって極めて重要である。本研究では、金属析出に対して高い表面測定感度を有する、電気化学表面プラズモン共鳴分光法に着目し、そのオペランド測定により、アルカリ金属析出の未知機構の解明を目的としている。当該年度では、スペクトルの広帯域化・検出器の測定感度の向上・光路系の変更を主に実施した。スペクトルの広帯域化に関しては、リチウム以外のアルカリ金属の析出を調査する上で重要である。特にナトリウムやカリウムなどの元素は、近赤外域にプラズモン吸収スペクトルを有することがシミュレーションで確認できている。これまでの測定系では、近赤外付近において不要な光吸収が確認されており、現状の測定系をこれらの元素へ適用することは困難であると考えられた。そこで光ファイバーケーブルの仕様を広帯域の物に変更した。その結果、近赤外における不要な光吸収を除去することができ、ナトリウムおよびカリウム析出の観測に、より適した光学系を整えることが出来た。また測定器の感度向上に関しては、分光器を透過吸収測定用の機器へ変更することで、より高感度かつ低ノイズの分光スペクトルが得られるようになった。これにより、従来に比べて 2 倍以上の高い時間分解能で連続スペクトルの取得が行えるようになった。さらに光路系の変更では、分光プリズムの形状を新たにデザインし、表面皮膜形成など、従来の金属析出とは異なる表面現象を捉えられるように装置系を整えた。これらの装置系の工夫により、従来に比べてより高感度かつ広帯域のスペクトル測定をより高い時間分解能で実施することが可能となった。概して本年度以降の分光測定に向けての重要な進展が得られた。

碱金属如何沉积在电极表面上的机制对于下一代金属二级电池的开发极为重要，这有望增加能量密度。这项研究的重点是电化学表面等离子体共振光谱，该光谱光谱具有高表面测量对金属沉淀的敏感性，旨在通过测量操作数来阐明碱金属沉淀的未知机制。在这个财政年度，我们主要实施了更广泛的频谱，提高了检测器的测量灵敏度，并改变了光路系统。关于扩大光谱，重要的是研究锂以外的碱金属的沉淀。特别是，通过模拟证实，诸如钠和钾在近红外区域具有等离子体吸收光谱的元素。在先前的测量系统中，在近红外附近证实了不必要的光吸收，并且被认为很难将当前的测量系统应用于这些元素。因此，光纤电缆的规格更改为具有宽带的那些。结果，可以去除近红外的不必要的光吸收，并且可以调整更适合观察钠和钾沉淀的光学系统。此外，通过将光谱仪更改为透射和吸收测量的仪器，可以获得具有较高灵敏度和低噪声的光谱光谱，从而提高了测量仪器的灵敏度。这允许收集连续光谱，其时间分辨率的高度是上一个模型的两倍以上。此外，在光路系统的变化中，新设计的光谱棱镜的形状是新设计的，并调整了设备系统以捕获与常规金属沉积不同的表面现象，例如表面膜形成。这些设备系统的创造力使得与具有更高时间分辨率的传统系统相比，可以以更高的灵敏度和宽带进行光谱测量。通常，今年及以后的光谱测量取得了重要的进展。