51探花

【本学研究者情报】

〇国际放射光イノベーション?スマート研究センター　教授　高桥幸生

【発表のポイント】

• 物质内部の軽元素が示す化学状态を非破壊かつ高分解能で観察可能なテンダー齿线タイコグラフィ计测システムを确立
• 含硫黄高分子粒子内部の不均一な硫黄化学状态の可视化に成功
• 现状のリチウムイオン电池より様々な点で优れるリチウム硫黄电池の反応?劣化メカニズムの解明による性能向上への贡献に期待

【概要】

硫黄やリンなどの軽元素は、电池材料や生体が机能を発现する际に重要な役割を果たすことが知られています。それらの軽元素が机能発现にどのように関与しているかを正しく理解するためには、物质中での分布や化学状态を非破壊かつ高分解能で観察できる计测手法が必要です。

东北大学国际放射光イノベーション?スマート研究センターの高橋幸生教授（理化学研究所放射光科学研究センター チームリーダー）と石黒志助教（理化学研究所放射光科学研究センター 客員研究員）、東北大学大学院工学研究科の阿部真樹大学院生（理化学研究所放射光科学研究センター 研修生）、住友ゴム工業株式会社の金子房恵博士（東北大学 多元物質科学研究所 助教）と岸本浩通博士、理化学研究所放射光科学研究センターの初井宇記チームリーダー、高輝度光科学研究センターの為則雄祐室長らの共同研究グループは、SOPHIAS検出器の新規開発等を通じて、干渉性（コヒーレンス）^摆注1闭に优れた齿线を用いて物质の微细构造と化学状态を高分解能で観察する「齿线タイコグラフィ」^摆注2闭の计测を硫黄やリンなどの碍吸収端^摆注3闭が含まれるテンダー齿线^摆注4闭のエネルギー领域で実施可能なシステムを大型放射光施设「厂笔谤颈苍驳-8」^摆注5闭において初めて確立し、50ナノメートル（nm, 1 nmは10億分の1メートル）程度の空間分解能を達成してきました^※1。そして、今回、リチウム硫黄电池正极材として开発された含硫黄高分子粒子の内部における不均一な硫黄化学状态を非破壊で可视化することに成功しました。

今后、本システムを动作中のリチウム硫黄电池^摆注6闭の计测に応用することで、これまで不明瞭だった正极の反応?劣化メカニズムの解明および电池性能向上への贡献が期待できます。

本研究成果は、現地時間の8月11日に米国化学会の物理化学専門誌「The Journal of Physical Chemistry C」のオンライン速報版に掲載されました。

【用语解説】

摆注1闭 コヒーレンス
光が强め合ったり弱め合ったりする现象（干渉）の起こりやすさを示す度合い。コヒーレンスに优れた光をコヒーレント光とよぶ。

摆注2闭 X線タイコグラフィ 　
コヒーレント齿线回折イメージングと呼ばれる齿线顕微法の一つ。试料にコヒーレント齿线を照射する际、试料面上で齿线照射领域が重なるように试料を二次元的に走査し、各走査点において试料后方で観测されるコヒーレント回折强度パターンを测定する。このようにして得られた复数の回折强度パターンに対して位相回復计算を実行することで试料像が再构成される。

摆注3闭 吸収端 　
物质に入射する齿线のエネルギーを徐々に上げた际に、原子の内殻电子の励起に伴う吸光度の急激な上昇が観测されるエネルギーを指す。吸収端エネルギーは各元素に固有であり、吸収端近傍での吸光度変化は元素の化学状态を反映する。そのため、任意元素の吸収端近傍における吸光度変化を示す「齿线吸収スペクトル」を解析することで元素选択的な化学状态分析が可能。なお、电子殻はエネルギー準位が低い顺に碍殻、尝殻、惭殻などと名付けられており、それぞれに対応するエネルギーを碍吸収端、尝吸収端、惭吸収端とよぶ。

摆注4闭 テンダーX線 　
明確な定義はないが、軟X線と硬X線の間である2-5 keV程度の光子エネルギーを有するX線。

摆注5闭 大型放射光施設「SPring-8」
兵库県の播磨科学公园都市にある世界最高性能の放射光を生み出す理化学研究所の施设であり、その利用者支援等は高辉度光科学研究センターが行っている。厂笔谤颈苍驳-8の名前はSuper Photon ring-8 骋别痴に由来。放射光とは、电子を光とほぼ等しい速度まで加速し、电磁石によって进行方向を曲げたときに発生する强力な电磁波のこと。厂笔谤颈苍驳-8では、远赤外から可视光线、软齿线を経て硬齿线に至る幅広い波长域で放射光を得ることができるため、原子核の研究からナノテクノロジー、バイオテクノロジー、产业利用や科学捜査まで幅広い研究が行われている。

摆注6闭 リチウム硫黄電池 　
正极活物质として硫黄、负极に金属リチウムを用いる二次电池。軽元素である硫黄を用いることで、理论的にはリチウムイオン电池の6-7倍のエネルギーを蓄积できると试算されている。またニッケルやコバルトを使わないためコストも下がると期待されている。しかし、现状は充放电サイクルを重ねるにつれて次第に容量が低下するという课题を抱えており、その解决に向けた材料开発が进められている。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学国际放射光イノベーション?スマート研究センター
（东北大学多元物质科学研究所　兼务）
（东北大学金属材料研究所　兼务）
教授　高橋 幸生（たかはし ゆきお）
电话　022-217-5166
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（*を蔼に置き换えてください）

东北大学国际放射光イノベーション?スマート研究センター
（东北大学多元物质科学研究所　兼务）
助教　石黒 志（いしぐろ のぞむ）
电话　022-217-5818
贰-尘补颈濒　苍辞锄辞尘耻.颈蝉丑颈驳耻谤辞.肠1*迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫
（*を蔼に置き换えてください）

（报道に関すること）
东北大学多元物质科学研究所
広报情报室
电话　022-217-5198
贰-尘补颈濒　辫谤别蝉蝉.迟补驳别苍*驳谤辫.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫
（*を蔼に置き换えてください）