黑料网

国立大学法人東海国立大学機構 黑料网大学院工学研究科／国立大学法人金沢大学ナノ生命科学研究所（WPI-NanoLSI）の高橋 康史 教授らの研究グループは、株式会社日立製作所の高松 大郊 主任研究員、金沢大学NanoLSIの福間 剛士 教授、NanoLSIの海外PIでインペリアル?カレッジ?ロンドン（イギリス）のユリ　コルチェフ教授との共同研究で、リチウムイオン电池を駆动した际に、正极や负极の表面に生じる、イオンの浓度プロファイルの変化をナノスケールで捉える技术を开発しました。
本研究では、先端に半径50 nmの開口を有するガラスナノピペット^注1）を用いて、充放电中のイオン浓度の変化を、イオン电流の変化として局所的に计测する技术を开発しました。この手法は、ガラスナノピペットを特定の点において、その点の応答を捉えるだけでなく、走査型プローブ顕微镜の位置制御技术を活用することで、３次元的なイオンの浓度プロファイルを、蓄电材料を駆动させた状态で评価することができます。実际に、リチウムイオン电池の负极に利用されるグラファイト^注2）について、电位をスイープした际に生じるイオンの浓度変化を可视化することに成功しました。さらに、グラファイトの相転移に伴うナノスケールの体积変化を同时に捉えることに成功しました。この技术は、リチウムイオン电池のオペレーションや、セパレータ^注３）や电池の构造の最适化に贡献できるだけでなく、腐食や触媒の评価にも活用することが期待できます。
本研究成果は、2023年2月27日付アメリカ化学雑誌「JACS Au」に掲載されました。

【ポイント】

?蓄電材料を駆動させた状態で、溶液中の空間的なイオン浓度プロファイルを可視化。
?充放电中のナノスケールの构造変化も同时にとらえることが可能。
?蓄电材料に限らず、腐食や触媒材料の评価への展开が可能。

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【用语説明】

注1）ガラスナノピペット：
外径1.00 mm、内径0.58 mmのガラスキャピラリーを、専用の伸長装置を使って、加熱しながら引っ張ることで作製した先端開口半径が50 nm以下のピペット。

注2）グラファイト：
ダイヤモンド、石炭などと同様の炭素の结晶型の一つ。六角层状结晶构造を有しており、面内は强い共有结合で炭素间が结合しているが、层と层の间は弱い分子间相互作用力で结合している。

注3）セパレータ：
正极と负极の间に设置され、リチウムイオンを透过し、かつ正极と负极との接触を防ぐ（内部短络防止）ことができる多孔质构造を持つ膜状の材料。

【论文情报】

雑誌名：JACS Au
論文タイトル：Correlative Analysis of Ion Concentration Profile and Surface Nanoscale Topography Changes using Operando Scanning Ion Conductance Microscopy
著者：Yasufumi Takahashi（名大教授）, Daiko Takamatsu（株式会社日立製作所）, Yuri Korchev（Imperial College London教授）, Takeshi Fukuma（金沢大学教授）
DOI ：10.1021/jacsau.2c00677
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【研究代表者】