Atomic-scale observation of interface ionics by cooling

通过冷却对界面离子进行原子尺度观察

• 批准号: 22K04927
• 负责人: 麻生 亮太郎
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04927/
• 关键词: 電子顕微鏡解析; その場観察; 蓄電固体界面; ナノ構造解析; 低温観察

全固体電池の金属電極－固体電解質界面におけるナノ構造を原子スケールで可視化し解明する。この目的を達成するために、本研究では、①従来では観察不可能であった電子線照射に弱い固体電解質中の原子構造解析を可能とする「低温その場観察法」を開発するとともに、②画像取得時の電子線照射や試料ドリフトを高精度で制御して、「照射損傷の影響を無視できる固体電解質本来の状態の観測」を試みる。電池特性における界面の影響は、電気化学測定による推測に留まっていたが、本研究では、これまで観測されていない「充放電に伴うLiイオンの移動や滞留・析出の挙動」を電子顕微鏡の分解能で解明することを目指す。電子線照射損傷の研究では、各々の対象試料によって試料損傷に寄与する要素が複雑に絡み合っており、理論予測は非常に困難で、実用試料を実際に電子顕微鏡観測する必要がある。電子線照射の影響を解明・解決するために、実用蓄電固体材料の原子スケール観察を可能とする最適な電子顕微鏡観測条件を確立する。高度計測環境として、低温域における高精度温度制御、照射電子線の制御、最適な画像取得条件の探索、の三つを実施することで、従来の電子顕微鏡観察では到達できなかった蓄電固体材料本来の構造・現象を反映させた理想的な高度計測を実現する。本年度は、電子顕微鏡用試料加工時に導電性保護膜を形成する手法を開発した。これにより、電子顕微鏡観察時に問題となる電子線照射の影響を抑制し、試料ダメージの少ない原子分解能観察を実現した。本手法は、あらゆる蓄電固体材料への応用が期待でき、電圧印加オペランド観察において非常に重要な技術革新といえる。

The structure of metal electrode-solid electrolyte interface of all-solid battery is visualized. To achieve this goal, this study aims to: (1) explore the possibility of atomic structure analysis in weak solid electrolytes due to electron beam irradiation;(2) develop a low-temperature field inspection method;(3) control electron beam irradiation and sample temperature with high accuracy during image acquisition; and (4) test the intrinsic state of solid electrolytes regardless of the influence of irradiation damage. The influence of interface on battery characteristics is estimated by electrochemical measurement. In this study, the measurement results show that the charge state is accompanied by the movement, retention and precipitation of Li. The study of electron radiation damage is very difficult, and it is necessary to combine the elements of sample damage with electron microscopy in practice. To clarify the effect of electron irradiation on the atomic structure of solid materials, and to establish the optimum conditions for electron microscopy. Altitude measurement environment, low temperature range, high precision temperature control, control of irradiated electron rays, exploration of optimum image acquisition conditions, implementation of three kinds of measurements, observation of incoming electron micromirrors, reflection of the intrinsic structure and phenomenon of solid storage materials, ideal altitude measurement. This year, the method of forming conductive protective film during sample processing for electron micromirrors was developed. The effect of electron beam irradiation on the detection of atomic decomposition energy in the sample was suppressed. This method is very important for technical innovation in the application of electric storage solid materials.