Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

電気自動車やスマートハウスの普及に伴い，リチウムイオン電池の高容量化が求められている．従来の炭素電極の代わりに高容量化の見込めるシリコン負極の研究が進められているが，シリコン負極は充電時に体積膨張が生じるため，充放電を繰り返すとシリコン膜が崩壊する問題がある．本研究では，半導体産業から大量に排出させるシリコンスラッジに適量な炭素粉末を混合させ，高出力レーザを照射することによりシリコンと炭素からなる複合ナノワイヤを生成させ，集電体である銅箔表面へ堆積させる．これにより高性能な負極を創製し，シリコン負極の諸問題を解決する. 本研究の目標を達成するために，まずレーザ照射による銅箔へのナノワイヤ堆積装置を構築する．そして，異なる重量比でSiスラッジとC粉末を混合させ，ターゲット試料を作成し，レーザ出力やパルス幅，パルス周波数，スキャン速度などを変化させて照射実験を行う．銅箔表面への複合ナノワイヤの堆積形態を観察し，ワイヤ形状や結晶構造，化学組成そして電気抵抗を評価する．R３年度において次の項目について研究を行った．（１）レーザ照射装置の構築：高出力レーザ発振器から出力されるレーザビームを光学系によりターゲット表面へスキャン照射できるように実験装置を構築した．（２）Siスラッジ/炭素粉末の混合・分散方法の検討：様々な割合で炭素粉末をSiスラッジへ混入し分散させる．高品質の複合膜を得るには2種類の微粒子の均一分散が非常に重要であり，粉体ミキサを用いて攪拌方法や分散条件の最適化を行った．（３）ナノ構造体形成実験：異なる割合で混合したSiスラッジ/炭素粉末の混合物のレーザ照射による成膜実験を行う．生成された複合粒子やナノワイヤの表面・断面性状を走査電子顕微鏡や透過電子顕微鏡などなどを用いて観察した．また，照射条件による影響を調べた．