Lithium intercalation and structural changes at the LiCoO surface under high voltage battery operation

田港 聡*; 平山 雅章*; 鈴木 耕太*; 田村 和久; 湊 丈俊*; 荒井 創*; 内本 喜晴*; 小久見 善八*; 菅野 了次*

Journal of Power Sources, 307, p.599 - 603, 2016/03

https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.12.133

SrRuO(100)/Nb:SrTiO(100)上に作成したエピタキシャルLiCoO(104)薄膜を用いて、リチウムイオン電池正極材料の充放電過程における劣化機構について議論した。LiPOでLiCoO表面をコーティングしたものと、していないものを比較すると、コーティングすることで正極材料の劣化が抑えられることがわかった。表面X線回折実験で充放電過程における表面構造を追跡すると、コーティングした場合のLiCoO(104)表面は構造変化が少なく、その結果結晶構造が維持されて、劣化が抑えられていることが分かった。

微粒黒鉛の強度および破壊靱性に及ぼす粗粒含有の効果

高橋 常夫*; 石原 正博; 馬場 信一; 荒井 長利; 林 君夫; 小西 隆志*

JAERI-Research 2001-005, 62 Pages, 2001/03

JAERI-Research-2001-005.pdf:6.8MB

微粒等方性黒鉛(平均粒径20m)を基準試料とし粗粒含有率(平均粒径125m)の異なる黒鉛材料を用いて曲げ強度試験及び破壊靱性試験を行い、粗粒含有率が強度及び靱性に与える影響を検討した。また、微細組織に基づく強度分布予測手法の曲げ試験結果への適用性を検討した。曲げ強度は、粗粒含有率0%と比較して含有率40%では平均曲げ強度の増加と強度のばらつきの減少が認められた。画像解析からもとめた気孔径分布の統計結果との関係においては、粗粒含有率の増加に伴う平均気孔間距離の増加及び大径気孔部分における気孔径分散と強度分散との正の相関関係が認められた。破壊靱性値に関しては、応力ひずみ線図の非線形応答開始点と最大荷重点における破壊靱性値の検討を行った。き裂進展開始荷重に基づく破壊靱性値は、粗粒黒鉛を含有することにより増加するものの含有率(20%,40%)による違いは認められず、低い含有率で破壊靱性値が飽和する傾向を示した。一方、最大荷重に基づく破壊靱性値は、粗粒黒鉛の含有率が増すにつれて増加し、含有率による違いが認められた。さらに、単軸応力状態下で提案されている気孔径分布を考慮した確率論的強度分布予測モデルを曲げ強度試験結果に適用し、実験結果をおおむね一致する結果を得た。

Effects of Grain and pore size distributions on strength of graphite

高橋 常夫*; 石原 正博; 馬場 信一; 林 君夫; 荒井 長利; 小西 隆志*

Proceedings of 1st World Conference of Carbon (EUROCARBON 2000), 1, p.397 - 400, 2000/00

高温工学試験研究炉(HTTR)の炉心構造材料にも用いられているIG-11黒鉛を基準試料として粗粒含有率の異なる試料を用いた曲げ強度試験を行うとともに画像解析による気孔寸法等の微細組織の観察を行い、強度分布と微細組織の関係について検討を行った。強度試験結果からは、粗粒含有率を増加することで平均曲げ強度の増加と強度のばらつきの減少することが認められた。また、微細組織の観察結果からは、粗粒含有率の増加により大径気孔数の減少と気孔径分布における大径気孔部分での分散の減少が認められた。これらを受けて粗粒含有黒鉛の強度特性について大径の気孔数及び分散に基づく考察を行った。この試験結果に対し、微小き裂の破壊靱性値及び気孔径分布を考慮した確率論的強度評価モデルを適用した。その結果、粗粒含有率に対して評価と試験結果に大きな違いが見られた。評価モデルの改良を要することが示唆された。

セラミックス系新素材の高温照射試験計画に関する調査

石野 栞*; 寺井 隆幸*; 奥 達雄*; 荒井 長利; 林 君夫; 伊藤 久義; 矢野 豊彦*; 本橋 嘉信*; 北村 隆行*; 筑本 知子*; et al.

JAERI-Review 99-019, 238 Pages, 1999/08

JAERI-Review-99-019.pdf:14.88MB

本報告書は、HTTRによるセラミックス系新素材の照射試験計画を効率的に遂行するため、関連研究動向、HTTR照射試験方法等の調査・検討を、原子力学会に委託した結果をまとめたものである。高温超伝導材料、高温半導体の照射改質、耐熱セラミックス複合材料の照射損傷のほか、新規テーマ(超朔性セラミックス材料の照射効果、変形・破壊のシミュレーション等)を対象とした。本調査により、各研究テーマの目標・意義、HTTR照射試験方法等が明らかになった。本調査は、高温工学に関する先端的基礎研究について、さらに詳細な計画を立案し、実施してゆくための重要な基礎を構築したものである。

確率論的構造力学解析における並列計算プログラムの基本設計

加治 芳行; 荒井 長利; Gu, W.*; 中村 均*

JAERI-Review 99-016, 61 Pages, 1999/06

JAERI-Review-99-016.pdf:2.37MB

これまでセラミックス製構造物の新たな構造信頼性評価解析法の開発を目的として、潜在欠陥に関する微視的破壊力学をベースとする材料強度理論と連続体構造力学モデルとを融合させる、超並列計算システム対応の計算力学的手法を検討してきた。本論文は、その一環として計算力学プログラムの基本設計のうち主な項目に関係している確率論的構造力学の原理、定式の基礎事項及び並列処理計算のプログラミング手法について調査し、概要をまとめたものである。

The Fatigue strength of graphite and carbon materials for HTTR core components

衛藤 基邦; 荒井 長利; 小西 隆志*

JAERI-Research 98-024, 58 Pages, 1998/03

JAERI-Research-98-024.pdf:2.03MB

HTTR炉内構造用黒鉛及び炭素材料について室温における疲労試験を実施した。応力負荷条件は応力比R(= min/ max)=-3,-1,0(PGX黒鉛),=-1,0(ASR-ORB炭素)、及び=-1(IG-11黒鉛)とした。取得したデータをPriceの方法、対応応力法及びPTS線図法によって解析し、設計疲労曲線を得るのに最適の方法を検討した。IG-11黒鉛については980C真空中で疲労試験を実施した。主要な結論は次のとおりである。設計疲労曲線を得るにはPriceの方法が最適である。疲労強度はR値が小さいほど小さくなる。Priceの方法によってPGXとASR-ORBについて設計疲労曲線を得た。980Cにおける疲労強度は負荷応力を室温真空中の平均引張強度で規格化すると、室温における強度とほぼ等しくなる。

Application of optical fibers for optical diagnostics in high temperature gas cooled reactor

四竈 樹男*; 角田 恒巳; 成井 実*; 石原 正博; 佐川 勉; 荒井 長利

ECN-R--98-005, p.125 - 143, 1998/00

HTTRを用いた先端的基礎研究の一環として、高温耐放射線光ファイバを用いた高温ガス炉炉心の直接観察の可能性を研究している。本論文はこれまでの研究の現状を概説した。試作開発している光ファイバは直径約1mm、コアのOH含有率が900ppmの溶解シリカ線材である。耐熱性については、炉外の空気中及びヘリウム中加熱試験により、温度800C、300時間までの範囲で、可視光から赤外線(350~1850nm)において透光性の劣化が無いことを確認した。また、高温自己発光(ルミニッセンス)の強度が高温ほど高いことから、光ファイバによる温度測定の可能性を見出した。JMTRでの放射線環境下短時間(1h)特性試験により、700nm以上の赤外線については放射線効果が認められないことを確かめた。更に、サファイアのルミニッセンス強度を分析し、可視光域の強度により炉出力(放射線強度)を、黒体放射強度により温度を測定するなど、光ファイバモニターの可能性も例示した。

Changes in graphite coefficient of thermal expansion due to fast neutron irradiation and applied stress in the temperature range 300C-1200C

B.J.Marsden*; 荒井 長利; N.McLachlan*

ECN-R--98-005, p.81 - 89, 1998/00

原子炉黒鉛の熱膨張係数(CTE)はその気孔の変化によって変化するとの観点から、高速中性子照射効果、付加応力効果及びクリープ歪依存性について、実験データ及び理論的取り扱いを検討・整理した。黒鉛のCTEは照射によって一旦増加し、その後減少する。圧縮応力付加によって増加し、又、圧縮クリープによっても増加する。この変化は2種類の気孔(潜在的なMrozonskiクラックと照射による生成気孔)の量的関係から定性的に説明できる。定量的評価は、結晶子の層間距離の温度変化、結晶子の歪/応力のパラメータである構造因子によって定式化が可能である。しかし、CTEの変化の理論的説明にはなお未検証の問題が残されている。黒鉛の高温照射効果を微細組織の定量的変化の測定と解析で検討することの重要性が改めて提起された。