リチウムナノセルの構築と電気化学反応のナノ効果の解明

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ナノセル構築のための電極・電解質薄膜の合成を行った。電極として、スピネル型構造をもつLiMn_2O_4、Li_4Ti5O_<12>を選択し、レーザーアブレーション法によりエピタキシャル薄膜作製を試みた。基板として単結晶SrTiO_3を用い、基板の配向性を選択することによって、エピタキシャル薄膜が成長することを明らかにした。作製したエピタキシャル薄膜は、薄膜X線回折測定法によって、out-of-plane, in-plane測定の双方により同定を行った。薄膜の構造、表面状態は薄膜成長温度、酸素圧、レーザーエネルギー、周波数などの合成条件によって変化し、その最適化を行うことによって平坦な表面を持つエピタキシャル電極薄膜作製を行った。表面状態はSEMやAFM観察によって確認した。一方、電解質としてペロブスカイト型構造を持つ酸化物Li_<0.5>La_<0.5>TiO_3のエピタキシャル薄膜作製を行った。電解質薄膜においても合成条件を検討し、成長温度、酸素分圧、レーザーエネルギーなどの最適化を行った。合成した電極薄膜については液系電池を作製し、リチウムインターカレーション特性を明らかにした。また、電解質薄膜についてはインピーダンス法による電気伝導度測定を行った。電極材料および電解質材料のエピタキシャル合成条件を明らかにできたことによって、積み上げによるエピタキシャルナノセル作製の基礎条件が整った。実験では、電極・電解質・電極の三層積み上げを行い、合成した積層膜について、X線回折測定法により同定を行った。その結果、逆格子マップ測定から三層積み上げが確認でき、エピタキシャルセルの作製条件が明らかになった。今後の課題として、エピタキシャルナノセルの動作条件の検討が必要である。