主な研究設備は全固体電池研究センター(菅野鈴木研・荒井研)内で共同利用しながら研究を進めています.以下ではその一部を紹介します.また必要に応じて中性子施設,放射光施設などを利用した材料解析・反応解析を進めています.
目次
電気炉
無機材料合成に利用する管状炉、マッフル炉などの電気炉を各種揃えています。100˚Cから1750˚Cまでの反応温度で合成させています。合成雰囲気を制御するフランジも全ての管状炉で使用できるようになっています。
レーザーアブレーション
レーザーアブレーション装置(レーザー発振源1台,製膜チャンバー2台)は、エピタキシャル薄膜を作るための合成装置として利用しています。リチウム電池や燃料電池の材料を作るために、大活躍しています。チャンバー内には反射高速電子回折(RHEED)も設置され,薄膜が1層ずつ成長していく様子を確認しながら合成することが可能です。製膜チャンバーのうち1台はグローブボックスに直接連結されていて、電池材料の大敵である大気に曝さずに電池を作ることができます。
高圧合成装置
キュービックアンビル型高圧装置は、3万から7万気圧の高圧下で物質を合成するためのものです。ようやく立ち上がり始めました。高圧実験のセルを作るための旋盤やフライス盤も整備しました。
グローブボックス
グローブボックスはアルゴン雰囲気で物質を取り扱うためのもので、リチウム電池の研究にはなくてはならない装置です。扱う物質によって、いろいろ取りそろえています。
スパッタ
DC スパッタ装置は、電気化学測定や電子顕微鏡測定などで、試料の電子伝導を補助するAu薄膜の蒸着をすることに使用しています。
X線回折
X線回折装置として、各種粉末X線回折装置と薄膜X線回折装置があります。無機物質の合成が主な研究テーマですから、合成した後はX線で同定する、がルーチンの作業となっています。装置はフル稼働で、故障すると研究室のすべての動きが止まってしまいます。
電子顕微鏡
走査型電子顕微鏡では、試料形態や混合状態を調べます。試料を保管しているグローブボックスから大気非暴露で搬送することができます。EDXも備えており、組成分布も調べることができます。全固体電池には電極活物質と固体電解質からなる電極複合体を用いるため、十分な反応面積を確保できているかなどを調べるために欠かせない存在になってきました。
プローブ顕微鏡
走査型プローブ顕微鏡は、作製したエピタキシャル薄膜の表面状態を調べるために導入しました。表面反応解析に必要とされるÅオーダーで平滑・均一な薄膜であるかを評価しています。最近では、断面試料作製装置(クロスセクションポリッシャ)を導入し、ペレット材料についても,形態と物性の評価ができるようになっています。
電気化学
電池充放電装置、電気化学測定装置などは、電気化学の研究室には珍しくない、一般的な装置です。
SQUID
SQUID装置は、物質の磁性を調べる装置です。ただ、液体ヘリウムが少し(ずいぶん?)高いのでフル稼働というわけには行かないのがつらいですね。
TG-DTA
示差熱天秤(TG-DTA)では,昇温・降温時における材料への熱の出入りや重量変化から、材料合成の基礎情報である結晶の相転移挙動を調べるのに大活躍しています。
SPring8
- 大型放射光施設SPring-8 BL14B1 カッパ型多軸回折計
- 界面組織の直接観察は、電池の電気化学反応の解明に極めて重要です。表面回折,反射率測定により、結晶構造および形態の変化を調べています。
J-PARC
- 中性子施設J-Parc TOF型粉末中性子回折装置SuperHRPD(BL08)、iMateria (BL20)、およびソフト界面解析装置 (BL16 SOFIA)
中性子回折によりX線では見にくいLiやHの結晶中における位置や量などを調べています。