利用X射線雷射觀察全固態電池材料的真實外觀

 

刊登日期:2022/7/1
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北海道大學與立命館大學、高輝度光科學研究中心(JASRI)在電子顯微鏡觀察之下,成功地對逐漸劣化的全固態電池材料進行了無損傷且為奈米尺度之瞬間攝影。此外,研究團隊利用乳癌X射線影像診斷法的乳房攝影技術,開發了一種影像分析方法,並以此解明了固體電解質粒子中的奈米結晶構造。藉由此項研究,將可望有助於促進對於全固態電池性能至關重要之鋰離子傳導率的提升。

由於硫化物系固體電解質具有溶解於空氣中水分的潮解性,且以電子束或X射線照射會造成結晶粒變質而改變其結構,因此難以實現精確的奈米構造分析。

對此,研究團隊利用獨家開發的同調脈衝X射線溶液散亂法(Pulsed Coherent X-ray Solution Scattering; PCXSS)對硫化物系固體電解質進行了奈米級的觀察。首先在測定前將樣品粒子與有機溶劑庚烷(Heptane)一起封入在液體樣品電池(Cell)中,藉此具有防止潮解以及增強結晶和非晶質之間微小影像對比度的效果。然後,使用具有極短飛秒(Femtosecond)發光時間的X射線自由電子雷射(XFEL),在樣品變質之前對該結構進行攝影,並由X射線雷測繞射組形重建樣品影像。

此外,研究團隊利用以乳房X射線檢查檢測微弱病變的攝影技術開發的新數位影像處理手法,進而將樣品粒子中結晶粒的分佈予以鮮明化。透過此項手法,可知結晶相如同海島般漂浮在非晶相上形成「海島構造」,且此次觀察的粒子中,非晶質與結晶質的體積比為2.5:1。由於結晶粒的比例與分佈與離子傳導度率相關,故此項研究成果可望促進安全且高性能之電解質的開發。


資料來源: https://newswitch.jp/p/32325
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