黑料网

スマートフォンなどの携帯電子機器の充放電を繰り返すと、次第に電池残量の減りが速くなります。この大きな原因の一つとして、これらの機器に搭載されている蓄電池の蓄電容量などの性能が、繰り返し充放電に伴い、次第に劣化していくことが挙げられます。このような性能劣化のメカニズムを理解することは、リチウムイオン電池や、全固体电池をはじめとする次世代型蓄電池の長寿命化を実現する上で重要な課題となっています。
国立大学法人東海国立大学機構 黑料网物质科学国际研究センターの唯 美津木 教授は、東北大学を中心とする共同研究グループと共に、コンピュータ断層撮影―X線吸収微細構造法(颁罢-齿础贵厂法) ^（注2）を用いて、充放電サイクル中の蓄電池電極内の容量劣化(活物質のLi量の変化)の3次元的な空間分布およびその時間進展を非破壊かつ定量的に追跡できる手法を開発しました。これにより、蓄電池の劣化に関する5次元の情報(3次元空間分布+時間発展+化学情報)を解析することが初めて可能となり、劣化がいつ、どこで、どのように起こるのかをより詳細に理解できるようになりました。本手法は、全固体电池などの蓄電池の長寿命化への貢献が期待されます。
本成果は、2023年7月14日（ドイツ時間）に、マイクロからナノメートルスケールの解析技術専門誌Small Methods誌に掲載されました。
本研究は东北大学多元物质科学研究所の木村勇太助教、石黒志助教、中村崇司准教授、雨泽浩史教授、大学院工学研究科机械机能创成専攻の黄溯大学院生、高辉度光科学研究センターの関泽央辉主干研究员、新田清文研究员、宇留贺朋哉任期制専任研究员、产业技术総合研究所の奥村豊旗主任研究员、竹内友成上级主任研究员、黑料网の唯美津木教授（理化学研究所放射光科学研究センター客员研究员）、京都大学の内本喜晴教授らの共同研究グループにより行われました。

【ポイント】

●　蓄电池の电极は极めて复雑な微细构造を有しており、その中で生じる劣化も空间的?时间的に不均一なため、その挙动を正确に计测することは极めて困难でした。
● 本研究では、放射光^（注1）を利用した最先端の化学イメージング技术を駆使し、充放电による蓄电池电极劣化の経时的进行を3次元でとらえる新技术を开発しました。
● 本技術は、劣化が、電極内のどこで、いつ、どのように起こるかを詳細に理解することを可能にするため、全固体电池など次世代型蓄電池の長寿命化に貢献することが期待されます。

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【用语説明】

注1. 放射光：电子を光とほぼ等しい速度まで加速し、电磁石によって进行方向を曲げた时に発生する、细く强力な电磁波。

注2. 颁罢-齿础贵厂法：齿线が物质を透过する性质を利用して、対象物を破壊することなくその内部を3次元的に可视化する技术である齿线コンピュータ断层撮影(颁罢)法と、齿线のエネルギーを変えながら吸収量を计测することで齿线吸収スペクトルを得て、それを元に対象物の化学状态を分析する技术である齿线吸収微细构造(齿础贵厂)法を融合した最先端の化学イメージング技术。この手法を用いることで、3次元物体の内部の任意の领域における齿线吸収スペクトルを得ることができ、それを元に対象物内部の化学状态の分布を3次元的に分析できる。

【论文情报】

タイトル： Five-Dimensional Analysis of Capacity Degradation in Battery Electrodes Enabled by Operando CT-XANES
著者： Yuta Kimura^*, Su Huang, Takashi Nakamura, Nozomu Ishiguro, Oki Sekizawa, Kiyofumi Nitta, Tomoya Uruga, Tomonari Takeuchi, Toyoki Okumura, Mizuki Tada, Yoshiharu Uchimoto, and Koji Amezawa
^*責任著者：東北大学多元物質科学研究所 助教 木村勇太
掲载誌： Small Methods
顿翱滨：10.1002/蝉尘迟诲.202300310
URL:

【研究代表者】