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電気化学エネルギー変換デバイス材料の電子構造のoperando評価


   燃料電池やリチウムイオン二次電池などの電気化学エネルギー変換デバイスには、電子・イオン伝導性酸化物が主要構成要素として使用されています。そのため、これらのデバイスの性能は、電子・イオン伝導性酸化物の電気的、電気化学的性質に深く関係していると考えられます。したがって、こうした材料の電子・化学状態を理解することは、デバイスの性能向上や、材料開発を図る上で重要であるといえます。特に、電子・イオン伝導性酸化物のO 2p軌道や金属3d軌道は、結合や反応に深く関与するため、これらの理解を深める必要があります。これらの軌道の情報を直接評価するには、軟X線を利用した分光測定が有効であり、軟X線吸収分光(SXAS)や軟X線発光分光(SXES)測定などが広く用いられています。SXASでは非占有軌道、SXESでは占有軌道の部分電子状態密度を反映した情報をそれぞれ得ることができます。しかし、軟X線は透過力が小さく、気相中のガス分子によっても容易に吸収されてしまうため、測定には超高真空を必要とします。酸化物は、一般に酸素分圧や温度によって酸素不定性や電子状態が変化するため、超高真空下での測定では、デバイス作動時の電子構造を評価することができません。そこで雨澤研究室では、デバイス作動時の電子構造を直接評価するため、大気圧下で酸素分圧などの雰囲気を調整しながら、高温、通電状態で、軟X線吸収・発光の同時測定を行うことのできるシステムを、世界に先駆けて開発しました。