利用報告書 / User's Reports

  • 印刷する

【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.19】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24HK0013

利用課題名 / Title

エネルギー変換材料のナノスケール表界面制御

利用した実施機関 / Support Institute

北海道大学 / Hokkaido Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

核磁気共鳴/ Nuclear magnetic resonance,X線回折/ X-ray diffraction,表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control,電子顕微鏡/ Electronic microscope,電子回折/ Electron diffraction,集束イオンビーム/ Focused ion beam,電子分光/ Electron spectroscopy


利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

水落 大樹

所属名 / Affiliation

北海道大学大学院工学院量子理工学専攻

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

中川 祐貴,柴山環樹

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

大久保 賢二,谷岡 隆志,大多 亮,横平 綾子,鈴木 啓太

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-


利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

HK-101：ダブル球面収差補正走査透過型電子顕微鏡
HK-102：電界放射型分析電子顕微鏡
HK-103：マルチビーム超高圧電子顕微鏡
HK-107：量子・電子制御ナノマテリアル顕微物性測定装置
HK-201：X線光電子分光装置


報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

水素化物系のリチウムイオン伝導体を対象にナノ形態の異なるアルミナとのミリングによる界面制御を行い、イオン伝導度の評価とTEMによる微細組織の観察から、アルミナのナノ形態がイオン伝導度に及ぼす影響を精査した。また、酸化タングステンの大気中での紫外光照射による表面変化のSTEM原子分解能観察やXPSによる評価、水素吸蔵金属チタンのアセトン中パルスレーザー照射による表面改質を行った。

実験 / Experimental

リチウムボロハイドライド(LiBH4)とアルミナ(Al2O3)を重量比45:55でミリングにより複合化した。この際、ナノ形態の異なる3種類のアルミナ (γアルミナ、メソポーラスアルミナ、ナノファイバーアルミナ)を用意し、それぞれのアルミナとの複合化を行った。ガス吸着量測定装置によるアルミナの比表面積の測定、交流インピーダンス測定によるイオン伝導度の評価、固体核磁気共鳴(NMR)によるリチウムイオンダイナミクス・化学結合状態の評価、収差補正STEMによる微細組織の観察を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

3種類のアルミナとの複合物質のイオン伝導度を評価したところ、メソポーラスアルミナとの複合物質が最も高いイオン伝導度を示し、その値は30℃で4.6×10-5 S cm-1であった。メソポーラスアルミナ、γアルミナ、ナノファイバーアルミナの比表面積は、324、87、61 m2 g-1であった。複合物質のイオン伝導度の序列は、使用したアルミナの比表面積や細孔体積の序列と一致する結果となった。また、固体NMRによる室温でのリチウムイオンダイナミクスの評価では、メソポーラス複合物質でのみ高速リチウム成分を表す7Liのmotional narrowingピークが観測された。以上から、比表面積や細孔体積の大きいアルミナと複合化することで、アルミナとの界面効果によりイオン伝導度が向上していると考察することができた。図はLiBH4とメソポーラスアルミナの複合物質のTEM像である。EDSマップより、LiBH4がアルミナを被覆しているような形態を観察することができた。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations


LiBH4とメソポーラスアルミナの複合物質のTEM像


その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

TEMやXPS解析について、北海道大学の大久保 賢二氏、谷岡 隆志 氏、大多 亮 氏、横平 綾子 氏、鈴木 啓太 氏にご支援をいただき深く感謝いたします。


成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
  1. Hiroki Mizuochi, Effects of Oxide Morphology on Lithium-Ion Conductivity of LiBH4–Al2O3 Composites, ACS Applied Energy Materials, 8, 518-528(2024).
    DOI: 10.1021/acsaem.4c02653
  2. Yuki Nakagawa, Ultraviolet Light-Induced Surface Changes of Tungsten Oxide in Air: Combined Scanning Transmission Electron Microscopy and X-ray Photoelectron Spectroscopy Analysis, Nanomaterials, 14, 1486(2024).
    DOI: 10.3390/nano14181486
  3. Yuki Nakagawa, Nanosecond pulsed laser irradiation of titanium in acetone: The effects of coating film structures on the hydrogen absorption properties, Vacuum, 228, 113470(2024).
    DOI: 10.1016/j.vacuum.2024.113470
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
  1. Hiroki Mizuochi, Yuki Nakagawa, Tamaki Shibayama, Yuchen Yao, Fangqin Guo, Hiroki Miyaoka, Takayuki Ichikawa, "Influence of alumina nano-morphology on Li-ion conductivity of LiBH4-Al2O3 composites (poster)", 18th International Symposium on Metal-Hydrogen Systems, 令和6年5月28日
  2. Yuki Nakagawa, Hiroki Mizuochi, Tamaki Shibayama "LiBH4-ZrO2 nanocomposites: Enhanced Li-ion conductivity and TEM observation of microstructure (oral)", 18th International Symposium on Metal-Hydrogen Systems, 令和6年5月30日
  3. Yuki Nakagawa, "Hydrogen absorption properties of titanium irradiated by nanosecond pulsed laser in acetone (oral)", Hydrogen Power Theoretical ＆ Engineering Solutions International Symposium XIX, 令和6年7月17日
  4. Mohd Azri Azizi Bin Ismail, Yuki Nakagawa, Tamaki Shibayama, "Synthesis of TiO2@NiO core-shell nanoparticles using solution plasma (poster)", 14th Polish-Japanese Joint Seminar on Micro and Nano Analysis, 令和6年9月4日
  5. Yuki Nakagawa, Naoki Arai, Yasuhiro Shiratsuchi, Tamaki Shibayama, Masaki Takeguchi, "Nanostructure changes of tungsten oxide: Identical-location STEM analysis of light-induced effects in air and in-situ HVEM observation in ionic liquid (oral)", 14th Polish-Japanese Joint Seminar on Micro and Nano Analysis, 令和6年9月5日
  6. 笹山泰輔、中川祐貴、柴山環樹、"アセトン溶媒中でYAGパルスレーザー照射したWO3の構造解析(ポスター)" 日本顕微鏡学会第67回シンポジウム, 令和6年11月2日
  7. 西山直輝、中川祐貴、柴山環樹、"貴金属ハイエントロピー合金ナノ粒子の微細組織解析と光学特性評価(ポスター)" 日本顕微鏡学会第67回シンポジウム, 令和6年11月2日
  8. 中川祐貴、笹山泰輔、白土泰裕、柴山環樹、竹口雅樹、"酸化タングステン光触媒の原子分解能STEM観察とXPS解析(ポスター)" 第二回日本金属学会「水素が関わる材料科学の課題共有研究会」, 令和6年11月20日
  9. 石垣みずほ、中川祐貴、柴山環樹、榊浩司、"ナノ秒パルスレーザー照射を行ったTiFe合金の水素吸蔵特性評価(ポスター)" 第二回日本金属学会「水素が関わる材料科学の課題共有研究会」, 令和6年11月20日
  10. 中川祐貴、水落大樹、礒部繁人、柴山環樹、"LiAlH4-BN系, LiBH4-ZrO2系複合物質のリチウムイオン伝導特性の評価(口頭)" 第50回固体イオニクス討論会, 令和6年12月11日
  11. 水落大樹、中川祐貴、柴山環樹、Yuchen Yao、Fangqin Guo、宮岡裕樹、市川貴之、"LiBH4-Al2O3系複合物質の界面Liイオン伝導効果(口頭)" 第50回固体イオニクス討論会, 令和6年12月11日
  12. Yuki Nakagawa, "Ionic conductivity enhancement of borohydrides by oxide interfaces (oral)", 17th International Symposium Hydrogen ＆ Energy, 令和7年2月16日
特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件

印刷する
PAGE TOP
スマートフォン用ページで見る