STM観察とシミュレーションによるリチウムデンドライト電析のナノスケール制御

通过STM观察和模拟纳米级控制锂枝晶沉积

基本信息

批准号：
09237260
负责人：
小浦延幸
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Tokyo University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、リチウムの検討に入る予備段階として亜鉛を取り上げ、デンドライト発生条件下においてSTM観察した亜鉛の電析形態と、シミュレーションにより得られた形態を比較し、デンドライト析出初期の形態を明らかにすることを試みた。STM観察には、電気化学STMを使用した。電流密度1.2mA/cm^2,電析時間30秒において、特異的な、デンドライト析出初期の形態と考えられる。一部分に集中した突起状の形態が観察された。同じ条件下で長時間電析してSEM観察を行ったところ、電析時間240秒では針状、420秒ではデンドライト状の析出形態が確認された。よって、特異的な析出部分が、デンドライト状に成長していくものと考えられた。一方、電析形態のシミュレーションは、定電流電析を想定した。これまでのモデルをもとに、亜鉛イオンの溶液からの拡散および亜鉛イオンからの吸着原子の発生条件を改善し、さらに亜鉛イオンの拡散条件、析出面に存在するキンクやステップ近傍での亜鉛イオンの存在確率等を考慮に加えた。電流密度1.2mA/cm^2の条件下でシミュレーションを行ったところ、電析時間5秒から15秒にかけての初期の段階で、すでに亜鉛の析出が集中している形態が得られた。このような形態は、核生成による析出よりも活性点で直接放電し、析出する方が実際のデンドライト析出に近いと想定したときに得られた。さらに、電析時間30秒では、一部分が盛り上がっているような析出形態が観察された。得られたSTM観察結果とシミュレーション結果を比較すると、その形態は、一部に析出が集中して盛り上がっているところなど、同様な形態となり、さらに析出物の最大高低差と中心線平均粗さを比較したところ、よい一致が見られた。また、リチウムのデンドライト観察については、グローブボックスを用いて、アルゴン雰囲気下で、リチウムデンドライトの発生する条件を探索している。

在本研究中，我们将重点关注锌作为考虑锂的初步步骤，并将在枝晶生成条件下通过 STM 观察到的锌沉积物的形貌与通过模拟获得的形貌进行比较，以澄清我尝试过的枝晶析出的初始形貌。使用电化学STM进行STM观察。在电流密度为 1.2mA/cm^2 且沉积时间为 30 秒时，这被认为是枝晶沉淀的特定早期形式。观察到集中在一个区域的突起状形态。当在相同条件下进行长时间电沉积并进行SEM观察时，确认沉积物的形态在240秒时为针状，在420秒时为树枝状。因此，认为特定析出部呈树枝状生长。另一方面，电沉积形式的模拟假设恒电流电沉积。在之前模型的基础上，我们改进了锌离子从溶液中扩散以及锌离子生成吸附原子的条件，进一步改进了锌离子从溶液中扩散的条件，以及锌离子从溶液中扩散的条件。溶液，以及扭结和台阶附近锌离子对沉淀表面的影响我们还考虑了存在的概率。当在电流密度1.2mA/cm^2的条件下进行模拟时，获得了在沉积时间5秒至15秒的早期阶段锌已经富集的形态。当假设活性位点直接放电引起的沉淀比成核引起的沉淀更接近实际的枝晶沉淀时，获得了这种形态。此外，当电沉积时间为30秒时，观察到部分凸起的沉积形态。对比得到的STM观测结果和模拟结果，形貌相似，部分区域有析出物集中、隆起，析出物的最大高度差和中心线平均粗糙度也不同，表现出较好的一致性。此外，关于锂枝晶的观察，我们正在使用手套箱在氩气氛下寻找锂枝晶出现的条件。