2- 2.

2 -2.

主 要な研 究 成 果（ 2 1 ）主要な研究成果（21）放射光Ｘ線を用いた最先端分析技術の適用分野を拡大

北澤 留弥（きたざわ るみ）

エネルギートランスフォーメーション研究本部

最先端分析技術の活用による研究の質の向上と迅速な課題解決

共通・分野横断プラントシステム研究部門

背景
放射光X線を用いた分析技術は、放射光源や検出器などの進化に伴い分析精度が飛躍的に向上し、活用の場を急速に拡大しています。これら最先端分析技術を活用すると短時間で詳細な現象解明ができるようになります。当所では、最先端の放射光X線分析技術を未活用であった分野へ適用を拡大するとともに、これまで放射光X線分析技術を利用してきた分野においては新たな分析手法の利用を進めています。

応力p.16参照

主 要な研 究 成 果

主 要な研 究 成 果

成果の概要◇放射光X線による応力測定技術をガスタービン積層材料の内部応力評価に適用極めて強力なSPring-8の放射光X線による応力測定を用いて、これまで困難であった積層材料内部の応力を非破壊で評価する技術を構築しました。具体的な適用例として、ガスタービンのセラミック遮熱層の応力を分析することで（図1）、ガスタービンを高温の燃焼ガスから守る遮熱コー
ティングのはく離に影響を及ぼす熱成長酸化物層近傍の応力を評価することに成功しました。

放射光X線の特徴の一つに高い物質透過性があります。
これを利用して二次元面内での広範囲な金属元素の電子や結合の状態変化を短時間で評価することができます。長期間使用して劣化したリチウムイオン電池に、本分析技術を適用して、充放電時の電極面内の酸化状態を分析することで、反応の様子（度合い、場所、分布）が特定でき（図2）、劣化の度合いや要因が評価できました。

共通・分野横断

共通・分野横断◇X線吸収分析を用いた二次元面内分布分析技術を蓄電池性能評価に適用

小林 剛（こばやし たけし）

エネルギートランスフォーメーション研究本部
エネルギー化学研究部門

リチウムイオン電池の二次元電極反応評価設備

充放電を繰り返した電池の不均一劣化挙動をX線で評価できます。

電流を取り出す端子部分

高放射光X線

約70mm

トップコート（セラミック遮熱層）

TGO注1
図2

ボンドコート

分析試料

金属基材
注1：熱成長酸化物層（Thermally Grown Oxide）。長期間の使用によりトップコートとボンドコートの界面で成長する酸化物層。遮熱コーディングの割れやはく離の原因の一つ。

図1

ガスタービン積層材料の放射光X線での応力測定の概要

ガスタービンの使用によって、金属基材と遮熱層の間に酸化物が形成され、はく離が発生します。放射光X線を用いたセラミック
遮熱層の応力分析と理論計算によって、熱成長酸化物層近傍の内部応力を推定できました。

電力中央研究所

Annual Report 2023

マンガンの酸化状態

長期間使用した放電後リチウムイオン電池内部のマンガン酸化状態の分析結果

長期間使用し放電後のリチウムイオン電池を用いて、電極(正極)の面内でのマンガンの酸化状態をX線吸収測定で評価し、端子部分に近い電極付近に酸化状態が高く、劣化している箇所が集中していることがわかりました。

低約55mm

成果の活用先・事例
放射光X線を用いた最先端分析技術を様々な研究分野の現象解明や評価に利用していきます。2023年度に、軟X線領域で世界最高レベルの高輝度放射光施設NanoTerasuの会員になり、SPring-8などの放射光施設も含め、これまで以上に広い分野で放射光X線分析技術を活用していきます。
参考66

長 期 間 の 使 用により、電池劣化が推定される箇所

北澤ほか、サンビーム年報・成果集 Vol.13、p.79（2024）
小林ほか、第64回電池討論会（2023）

電力中央研究所

Annual Report 2023

67

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主 要な研 究 成 果（ 2 1 ）主要な研究成果（21）放射光Ｘ線を用いた最先端分析技術の適用分野を拡大

北澤 留弥（きたざわ るみ）

エネルギートランスフォーメーション研究本部

最先端分析技術の活用による研究の質の向上と迅速な課題解決

共通・分野横断プラントシステム研究部門

背景
放射光X線を用いた分析技術は、放射光源や検出器などの進化に伴い分析精度が飛躍的に向上し、活用の場を急速に拡大しています。これら最先端分析技術を活用すると短時間で詳細な現象解明ができるようになります。当所では、最先端の放射光X線分析技術を未活用であった分野へ適用を拡大するとともに、これまで放射光X線分析技術を利用してきた分野においては新たな分析手法の利用を進めています。

応力p.16参照

主 要な研 究 成 果

主 要な研 究 成 果

成果の概要◇放射光X線による応力測定技術をガスタービン積層材料の内部応力評価に適用極めて強力なSPring-8の放射光X線による応力測定を用いて、これまで困難であった積層材料内部の応力を非破壊で評価する技術を構築しました。具体的な適用例として、ガスタービンのセラミック遮熱層の応力を分析することで（図1）、ガスタービンを高温の燃焼ガスから守る遮熱コー
ティングのはく離に影響を及ぼす熱成長酸化物層近傍の応力を評価することに成功しました。

放射光X線の特徴の一つに高い物質透過性があります。
これを利用して二次元面内での広範囲な金属元素の電子や結合の状態変化を短時間で評価することができます。長期間使用して劣化したリチウムイオン電池に、本分析技術を適用して、充放電時の電極面内の酸化状態を分析することで、反応の様子（度合い、場所、分布）が特定でき（図2）、劣化の度合いや要因が評価できました。

共通・分野横断

共通・分野横断◇X線吸収分析を用いた二次元面内分布分析技術を蓄電池性能評価に適用

小林 剛（こばやし たけし）

エネルギートランスフォーメーション研究本部
エネルギー化学研究部門

リチウムイオン電池の二次元電極反応評価設備

充放電を繰り返した電池の不均一劣化挙動をX線で評価できます。

電流を取り出す端子部分

高放射光X線

約70mm

トップコート（セラミック遮熱層）

TGO注1
図2

ボンドコート

分析試料

金属基材
注1：熱成長酸化物層（Thermally Grown Oxide）。長期間の使用によりトップコートとボンドコートの界面で成長する酸化物層。遮熱コーディングの割れやはく離の原因の一つ。

図1

ガスタービン積層材料の放射光X線での応力測定の概要

ガスタービンの使用によって、金属基材と遮熱層の間に酸化物が形成され、はく離が発生します。放射光X線を用いたセラミック遮熱層の応力分析と理論計算によって、熱成長酸化物層近傍の内部応力を推定できました。

電力中央研究所

Annual Report 2023

マンガンの酸化状態

長期間使用した放電後リチウムイオン電池内部のマンガン酸化状態の分析結果

長期間使用し放電後のリチウムイオン電池を用いて、電極(正極)の面内でのマンガンの酸化状態をX線吸収測定で評価し、端子部分に近い電極付近に酸化状態が高く、劣化している箇所が集中していることがわかりました。

低約55mm

成果の活用先・事例
放射光X線を用いた最先端分析技術を様々な研究分野の現象解明や評価に利用していきます。2023年度に、軟X線領域で世界最高レベルの高輝度放射光施設NanoTerasuの会員になり、SPring-8などの放射光施設も含め、これまで以上に広い分野で放射光X線分析技術を活用していきます。
参考66

長 期 間 の 使 用により、電池劣化が推定される箇所

北澤ほか、サンビーム年報・成果集 Vol.13、p.79（2024）
小林ほか、第64回電池討論会（2023）

電力中央研究所

Annual Report 2023

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