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R-7
2019

金属電極/固体電解質界面におけるLiイオン空間電荷層の直接観察




課題
全固体電池の電気化学反応が起こる電極/固体電解質の界面では、イオンまたはイオン空孔による空間電荷層が形成され、電池の性能に大きく影響を与えることが予想されている。しかし、空間電荷層の詳細な分布は明確になっていない。

解決手段
イオンの空間電荷層が作る電位分布イオン濃度分布を、高精度電子線ホログラフィーと位置分解電子エネルギー損失分光法で直接的かつ定量的に可視化

成果・優位性
高精度電子線ホログラフィー、位置分解電子エネルギー損失分光法、および電場シールドTEM試料作製技術を用いてイオンの空間電荷層の可視化に成功
Liイオン(正電荷)が界面に滞留していることを解明
Liイオンの空間電荷層の幅は約10 nm、急峻な電位差は1.3 Vと測定


 Cu/固体電解質界面の電位分布
(a)電場シールドTEM試料の模式図
(b)Cu/LASGTP界面の断面TEM像
(c)位相分布像(電位分布像に相当する)
(d)Cu/LASGTP界面の電位プロファイル
 Cu/固体電解質界面のLi分布
(位置分解EELSによる計測)
(a)Cu/LASGTP界面の断面TEM像
(b)LASGTP領域の位置分解EELS像
(c)Cu/LASGTP界面のLi濃度プロファイル



期待される市場・応用
全固体電池、固体酸化物形燃料電池、酸素センサーなど固体イオニクスデバイス全般の基礎研究や新規デバイスの研究・開発に適用可能

謝辞 本研究は、JSPS科研費(17H02792)の支援により行われたものである。


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