電池材料にリチウムが入り込む反応の原子スケール観察に成功~電子顕微鏡によるリアルタイム観察技術の前進~

2025-07-24 ファインセラミックスセンター,科学技術振興機構

ファインセラミックスセンターは、電子顕微鏡法ADF-STEMを用いて、電池材料MoS₂へのリチウム挿入反応を原子スケールでリアルタイム観察することに成功しました。従来はナノスケールでの観察が限界でしたが、今回の手法により原子配列の変化を詳細に捉えることが可能に。これは電池動作の理解を飛躍的に進展させる成果であり、次世代電池や触媒材料の設計に貢献する新たな観察技術として期待されます。

電池材料にリチウムが入り込む反応の原子スケール観察に成功~電子顕微鏡によるリアルタイム観察技術の前進~
図1 本研究の概要

<関連情報>

リチウム化中のMoS2における原子スケールでのイン・シチュ走査透過電子顕微鏡観察 Atomic-Scale In Situ Scanning Transmission Electron Microscopy of MoS2 during Lithiation

Kei Nakayama,and Shunsuke Kobayashi
ACS Nano  Published: July 21, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/acsnano.5c05218

Abstract

Atomic-scale in situ characterization techniques are necessary to clarify the dynamic local structural changes during intercalation reactions. High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) is at the forefront of this field. However, the image contrast in HRTEM is not always straightforward, necessitating the exploration of alternative imaging techniques. Here, using annular dark-field (ADF) scanning transmission electron microscopy (STEM), which is expected to provide a more directly interpretable image contrast, we report atomic-scale in situ observation of the MoS2 lithiation process induced by electron irradiation. Using a single-crystalline specimen, dedicated specimen holder, and alternate low- and high-magnification image acquisition technique, a time series of ADF-STEM images was recorded at a frame rate of 1 fps, followed by image filtering. Consequently, successive changes in the domain structure were clarified, starting with an anisotropically expanding structural phase transition, followed by the disappearance and formation of domains with different crystal orientations, which were attributed to changes in the internal stress and interfacial energy.

0402電気応用
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