第４世代放射光を用いた先進的X線解析によるハイエントロピー酸化物電極材料の開拓

通过使用第四代同步辐射的先进 X 射线分析开发高熵氧化物电极材料

• 批准号: 22KK0068
• 负责人: 河口 智也
• 金额: $ 12.9万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-10-07 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KK0068/
• 关键词: X線解析; 二次電池; ハイエントロピー酸化物; 酸化物正極材料; 蓄電池; 先進的X線解析

本研究では，第4世代放射光施設が利用可能になる米国の研究機関と国際共同研究を実施することで，蓄電池に用いるハイエントロピー酸化物(HEO)正極材料の充放電機構を解明し，HEO正極材料の合理的設計に資する学理構築を目指す．申請者らはこれまでに配置エントロピーによる様々な効果を利用した新たな材料群であるHEO正極材料を，リチウムイオン電池（LIB）及びMg蓄電池（RMB）の分野で開発してきた．この材料群でさらなる合理的な材料設計を実現するためには，HEOを構成する多数のカチオン元素の協奏的な相互作用と，その結果として現れる充放電機構を理解する必要がある．そこで本研究では，米国が建設を進める次世代放射光施設を利用した先進的X線解析手法を用いて，新規HEO正極材料の充放電機構解析を行うことで，高性能HEO正極材料開発の指針を示すことを目指す．2022年度下半期から事業開始した半年間では，上記の分析を実現するための透過型X線その場測定用試験電池を新たに設計・試作した．RMBに用いる試験電池の分析では液絡を介して主浴から分離した参照極が必要であることや，電池そのものを昇温する必要がある．したがって，RMBの測定では LIB用にすでに開発され製品化されているその場測定用試験電池はそのまま使用できず，本研究ではこれらの機能を有する新たなその場測定用試験電池を作成した．また，X線その場測定を行うにあたり，従来型の密閉セルだけではなく，ナノピペットを用いた局所電気化学測定を応用したセルの利用も考えられる．そこで，共同研究先であるアルゴンヌ国立研究所に滞在し，前述のセルを用いたその場X線回折測定を実施するとともに，放射光施設のアップグレードの進捗状況や，今後の実験計画に関して議論を行った．

This research aims to implement joint research by U.S. research institutions and international research institutes to make possible the use of 4th generation radiation devices, to clarify the charging and discharging mechanisms of Ihei Entronics Oxide (HEO) electrode materials used in batteries, and to provide theoretical support for the reasonable design of HEO electrode materials. The applicant has made use of the new material group HEO electrode material, LIB battery and RMB battery. A reasonable material design for this group of materials is necessary for understanding the interaction of most of the elements in HEO composition. This study aims to advance the construction of the United States, utilize advanced X-ray analysis methods, and analyze the charging mechanism of new HEO electrode materials. The development of high-performance HEO electrode materials will be indicated in the second half of 2022. A new design and trial operation of a test cell for transmission X-ray field measurement are described. The test cell is used for analysis of liquid medium, main bath, separation and reference electrode. The test cell for field measurement was developed and commercialized for LIB use. The test cell for field measurement was developed and used for this purpose. X-ray field measurements are used to determine the conductivity of the particles. Therefore, while the joint research is underway at the National Research Institute of Aalta, the progress of the radiation equipment and future implementation plans will be discussed while the above-mentioned field X-ray refraction measurements are implemented.

项目成果

アルゴンヌ国立研究所(米国)

阿贡国家实验室（美国）