ポイント
- 蓄電池の電極は極めて複雑な微細構造を有しており、その中で生じる劣化も空間的・時間的に不均一なため、その挙動を正確に計測することは極めて困難でした。
- 本研究では、放射光を利用した最先端の化学イメージング技術を駆使し、充放電による蓄電池電極劣化の経時的進行を３次元でとらえる新技術を開発しました。
- 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、全固体電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。
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１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、全固体電池を始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。
東北大学を中心とする共同研究グループは、コンピュータ断層撮影―Ｘ線吸収微細構造法（ＣＴ－ＸＡＦＳ法）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、全固体電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、東北大学 多元物質科学研究所の木村 勇太 助教、石黒 志 助教、中村 崇司 准教授、雨澤 浩史 教授、大学院工学研究科 機械機能創成専攻の黄 溯 大学院生、高輝度光科学研究センターの関澤 央輝 主幹研究員、新田 清文 研究員、宇留賀 朋哉 任期制専任研究員、産業技術総合研究所の奥村 豊旗 主任研究員、竹内 友成 上級主任研究員、名古屋大学の唯 美津木 教授（理化学研究所 放射光科学研究センター客員研究員）、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。
本研究は、ＪＳＴ 先端的低炭素化技術開発・特別重点技術領域「次世代蓄電池」（ＡＬＣＡ－ＳＰＲＩＮＧ、ＪＰＭＪＡＬ１３０１）、ＪＳＴ 未来社会創造事業（ＪＰＭＪＭＩ２１Ｇ３）、ＪＳＰＳ 科研費 ＪＰ２２Ｋ０５２８３の支援を受けたものです。
＜プレスリリース資料＞
- 本文 ＰＤＦ（８１２ＫＢ）
＜論文タイトル＞
- “Five-Dimensional Analysis of Capacity Degradation in Battery Electrodes Enabled by Operando CT-XANES”
- ＤＯＩ：10.1002/smtd.202300310
＜お問い合わせ先＞
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＜研究に関すること＞
木村 勇太（キムラ ユウタ）
東北大学 多元物質科学研究所 助教
Tel：022-217-5341
E-mail：yuta.kimura.b2
tohoku.ac.jp雨澤 浩史（アメザワ コウジ）
東北大学 多元物質科学研究所 教授
Tel：022-217-5340
E-mail：koji.amezawa.b3tohoku.ac.jp関澤 央輝（セキザワ オウキ）
高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 分光推進室 主幹研究員
Tel：0791-58-0802
E-mail：sekizawaspring8.or.jp唯 美津木（タダ ミヅキ）
名古屋大学 物質科学国際研究センター 教授
Tel：052-788-6200
E-mail：tada.mizuki.u6f.mail.nagoya-u.ac.jp内本 喜晴（ウチモト ヨシハル）
京都大学 大学院人間・環境学研究科 教授
Tel：075-753-2924
E-mail：uchimoto.yoshiharu.2nkyoto-u.ac.jp -
＜ＪＳＴ事業に関すること＞
小泉 輝武（コイズミ テルタケ）
武内 里香（タケウチ リカ）科学技術振興機構 未来創造研究開発推進部
〒102-0076 東京都千代田区五番町７ Ｋ’ｓ五番町
Tel：03-6272-4004 Fax：03-6268-9412
E-mail：kaikaku_miraijst.go.jp -
＜ＳＰｒｉｎｇ－８／ＳＡＣＬＡに関すること＞
高輝度光科学研究センター 利用推進部 普及情報課
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E-mail：kouhouspring8.or.jp -
＜報道担当＞
東北大学 多元物質科学研究所 広報情報室
Tel：022-217-5341
E-mail：press.tagengrp.tohoku.ac.jp名古屋大学 広報課
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E-mail：nu_researcht.mail.nagoya-u.ac.jp理化学研究所 広報室 報道担当
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科学技術振興機構 広報課
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