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

基本信息

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

项目摘要

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．

在这项研究中，通过与美国研究所进行国际联合研究，该研究将使使用第四代同步加速器辐射设施成为可能，我们将阐明用于存储电池中使用的高氧化物（HEO）阴极材料的充电和排放机制，并旨在建立有助于Heo Cathode材料设计的理论。申请人以前已经开发了HEO阳性电极材料，这是一组新的材料，利用位置熵的各种效果，在锂离子电池（LIB）和MG存储电池（RMB）中。为了通过这组材料实现进一步的理性材料设计，有必要了解构成HEO的众多阳离子元素的一致相互作用以及由此产生的充电和排放机制。因此，这项研究旨在通过使用美国正在构建的下一代同步辐射设施进行高级HEO阳性电极材料的电荷和放电机理分析来为新的HEO阳性电极材料进行电荷和放电机理分析提供指南。自2022财年下半年业务开始以来的六个月中，我们设计并生产了一个新的原型测试电池，用于对传输X射线的原位测量，以实现上述分析。在对RMB中使用的测试电池的分析中，需要通过液体连接处与主浴室分离的参考电极，并且需要加热电池本身。因此，无法将已经用于LIB开发和商业化的原位测量测试电池不能用作RMB测量，并且在这项研究中，创建了具有这些功能的新的现场测量测试电池。此外，在执行原位X射线测量值时，还可以不仅使用常规密封细胞，而且还可以使用纳米夹板使用局部电化学测量的细胞。因此，他住在联合研究目的地Argonne国家实验室，在那里他使用上述细胞进行了原位X射线衍射测量，并讨论了同步辐射设施的升级和未来的实验计划的升级。