局所的な電気化学反応とラマン分光情報の同時計測が可能なオペランド顕微鏡の開発に成功 -リチウムイオン電池の長寿命化などに必要な固液界面の理解を後押しする新手法-

2026-04-27 東北大学

東北大学などの研究チームは、ラマン分光法とナノ電気化学セル顕微鏡(SECCM)を統合し、局所的な電気化学反応と化学構造変化を同時に観測できるオペランド顕微鏡を開発した。従来は電気化学測定と分光分析を同時に行う際、広域平均情報しか得られなかったが、本手法では微小液滴内で反応を局所化し、ナノスケールでの界面反応を解析可能とした。リン酸鉄リチウム電極を用いた実証では、リチウムイオンの脱離・挿入に伴う構造変化をリアルタイムで観測することに成功。本技術により電池劣化や反応不均一性の理解が進み、高性能・長寿命電池の設計に貢献するほか、触媒や腐食など広範な電気化学分野への応用が期待される。

局所的な電気化学反応とラマン分光情報の同時計測が可能なオペランド顕微鏡の開発に成功 -リチウムイオン電池の長寿命化などに必要な固液界面の理解を後押しする新手法-
図1 局所的な電気化学反応とラマン分光情報の同時計測が可能なオペランド顕微鏡の測定の概念図。レーザーの焦点とガラスピペットの先端が一致しており、微小液滴を介して電気化学反応―本論文ではリチウムイオンの脱離・挿入プロセス―とラマン分光測定による構造変化の測定を可能としました。

<関連情報>

オペランド局所分光電気化学 のためのラマン統合型走査電気化学セル顕微鏡
Raman-integrated scanning electrochemical cell microscopy for operando localized spectroelectrochemistry

Akichika Kumatani ;Eita Tachizaki;Ryonosuke Ishige;Hiroki Ida;Yasufumi Takahashi;Susumu Shiraki;Hitoshi Shiku
Applied Physics Letters  Published:April 21 2026
DOI:https://doi.org/10.1063/5.0319771

Scanning electrochemical cell microscopy (SECCM) utilizes a meniscus formed between the sample surface and the tip of a glass pipette filled with electrolyte as a confined electrochemical cell, enabling highly localized electrochemical measurement. However, SECCM alone makes it challenging to monitor chemical structure changes that accompany electrochemical reactions. In this study, we developed an in operando measurement system that integrates Raman spectroscopy with an electrochemical probe of the SECCM system, allowing simultaneous acquisition of localized electrochemical and spectroscopic data. A single crystal flakes of LiFePO4, a cathode material for lithium-ion batteries, was prepared, and changes in Raman scattering during lithium-ion charge/discharge processes were successfully monitored through the meniscus formed on their surfaces. This combined system provides nanoscale insights into electrochemical reactions and the associated structural transformations.

0505化学装置及び設備
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