【研究領域課題番号】19K05539 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

電気化学界面 / ヒステリシス / 電気二重層 / イオン液体 / 二次電池 / 活性化エネルギー / 吸着エネルギー / 活性化障壁 / 電位応答ヒステリシス / 過電圧 / 非線形振動分光 / 電極界面 / 電気化学 / 和周波発生振動分光 / SFG / in situ計測 / 光電子分光

【研究成果の概要】

電解液/電極界面は電気化学反応場として機能する根源的なナノ領域であり、当該界面に形成される電気二重層（EDL）は系の電気化学特性を支配する。近年、既存モデルで説明できないEDL構造の電位応答ヒステリシスが確認された。ゆえに、EDL構造の精確な理解には当該ヒステリシス要因の究明が求められる。
本研究は非線形振動分光とEDLモデル解析を併用してイオン脱離の活性化エネルギーを定量化し、ヒステリシスが主にアニオン脱離の活性化エネルギーに起因することを突き止めた。また、イオン共吸着状態からイオンの吸着エネルギーを評価することで、活性化エネルギーにおける吸着エネルギーと活性化障壁の寄与の分離を実現した。

【研究の社会的意義】

本研究は電解液/電極界面のEDL構造の電位応答計測に加え、これまで困難であったイオン脱離の活性化エネルギーの定量評価を実現した。当該計測技術を二次電池をはじめとする多様な電気化学系に展開することで、電気化学特性と電気化学界面のイオン吸着脱離挙動との相関理解に繋がると考えられる。ゆえに、本研究成果は電気化学界面の基礎的理解の深化に繋がるため、電気化学の研究領域において高い学術的意義を有する。同時に、電気化学界面構造-機能相関の解明は、電気化学デバイス材料開発の指導原理獲得にも貢献し、持続可能な社会に向けたエネルギーデバイスの更なる高性能化にも寄与するため、社会的意義も十分高い。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】物理化学

【研究領域課題番号】16K21030 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

電気化学 / 電気二重層 / 電極界面 / 和周波発生振動分光 / SFG / Liイオン電池 / イオン液体 / ヒステリシス / in situ計測 / 電池 / 和周波振動分光 / 表面・界面物性 / 電気化学分析 / 電気化学反応 / 蓄電デバイス

【研究成果の概要】

生活に欠かせない蓄電デバイスを扱う電気化学の分野で、電解液/電極界面は電気化学反応場となる根源的なナノ領域であり、その複雑な微視的挙動の理解は当該分野の基礎・応用に跨る基本的な要請の一つである。本研究では表面・界面敏感な振動分光である赤外-可視和周波発生振動分光（SFG）を用いて電解液/電極界面構造の直接計測手法を確立し、これをLiイオン電池系を含む様々な展開することで(1)Li塩添加によるイオン液体電解液系における電気化学安定性向上や(2)イオン吸着・脱離挙動のヒステリシス挙動のメカニズム解明にかかわる重要な知見が得られた。

【研究の社会的意義】

電池などの様々な電気化学デバイスの機能性を決定づける「電解液/電極界面構造の直接計測手法の確立」はデバイスの機能性発現メカニズムの理解の一助となり、性能改善に向けた新たなデバイス設計指針の立案に繋がることが期待される。また、これまでの電気化学デバイス評価では全く考慮されていなかった「電解液/電極界面におけるイオン吸着・脱離の電位応答ヒステリシスの理解」は、デバイス評価の精度改善に寄与するだけでなく、電気化学の教科書における当該項目の記述内容の更新に繋がる可能性もあり、電気化学の分野における基礎・応用双方に跨り波及効果の高い成果であると考えられる。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)