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AUTOSAR CountdownAdvent Calendar 2022Day 3
この記事誰得？ 私しか得しないニッチな技術で記事投稿！
@kaizen_nagoya(Dr. Kiyoshi Ogawa)

プログラマが電池設計に寄与できるプログラムを書くために

Last updated at Posted at 2021-02-02

電動自動車が本当に環境に影響が良いかどうかは、電池の設計によりけりかも。電池の生産、保守、廃棄に、資源を無駄遣いするようであれば、環境に影響は良くないかもしれない。蓄電、放電が効率的でなければ、環境によい影響を与えられるかどうかわからない。

電池の研究者と一緒に仕事をしたり、その成果を展示会などで発表した経験から、電池設計にもっとソフトウェアを利用すればいいのにと思ってきた。

TOPPERS のAUTOSARへの貢献(更新中)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/d363cf06e2176207b391

自動車の設計を、できればオープンソースだけでできるようにするための道具類の機能と連携を模索している。

一部、商用のソフトウェアが混じっても、出発点としては仕方がない。

ひとまず、体系の絵を描いて、オープンソースでないところは、オープンソースでの代替を検討する。

今回は、電池設計を考えようと表面分析技術を勉強し始める。

実際には、解析用プログラムは存在するし、低速電子回析法の装置は計算機とソフトウェアの発展と連動しているらしい。

コンピュータを利用した測定の自動化により信頼性の高い測定が可能になり、コンピュータの高速化は実験結果の解析を容易にした。

ナノテクノロジーのための表面電子回折法 (表面分析技術選書) 日本表面科学会 , 丸善, 2003
https://bookmeter.com/books/1875086

参考文献(ナノテクノロジーのための表面電子回折法)

1 はじめに

  1. M.P.Seah and W.A. Dench, Surf. Interface Anal., 1.2.1979
  2. C.J.Davisson, L.H. Germer, Nature, 119, 558, 1927
  3. G.P.Thomson, A. Reid, Nature, 119, 890, 1927
  4. R.T.Bayard. D.Alpert, Rev.Sci. Instr., 21, 571, 1950
  5. J.B. Penury, low energy electron diffraction, Academic Press, 1974
    M.A. van Hove. S.Y. Tong, surface crystallography by LEED, Springer, 1979
  6. M.A van Hove, W.H. Weinberg, C.-M. Chan, low energy electron diffraction, Springer, 1986

2. 電子回析法でわかること

エドワルド球(Edward's sphere)

3. 電子線回析装置

  1. J.B. Penury, Low Energy Electron Diffraction, p.6 Academic Press, 1994
  2. SimIon 3D, Idaho National Engineering Laboratory, テックサイエンス, https://simion.com/
  3. ヴェ・エス・フォメンコ, 電子放出特性便覧, 日ソ通信社, 1973
  4. 小笠原武, L. Boesten, 日本物理学会誌, 28, 1041, 1973
  5. F. Rosenbury, Handbook of Electron Tubes and Vacuum Technology, p.252, AIP, 1993
    R. Gomer, Field Emission and Field Ionization, p.167, Harvard University Press, 1961
  6. 井野正三, 金属物性基礎講座３　回析結晶学, p.332, 丸善, 1981
  7. 裏克己, 電子・イオンビーム光学, p.39, 共立出版, 1994
  8. 日本表面科学会誌
    小間篤 編, 実験物理学講座10 表面性測定, 丸善, 2001
    J.T. Yates Jr., Experimental Innovation in Surface Science, Springer, Verlag, 1998
    A.W. Czanderna, C.J.Powell, T.E. Model, Specimen Handling, Preparation and Treatments in Surface Characterization, Kluwer, 1998
  9. 西方一昭, 松本益明, 遠藤陽一郎,重川秀実, 河津璋, 表面科学, 10, 47, 1989
  10. 畑中義式, 表面科学, 6, 29, 1985
    M.Matsumoto, N.Tatsumi, K.Fukutani and T.Okano, Surface Science, 513, 485, 2002

4. 低速電子回析法(LEED: Low energy electron diffraction)

  1. C.A. Wood, J.Appl, Phys, 35. 1306, 1964
  2. B. Lang, R.W. Joyner, G.A.Somorjai, Surf. Sci. 30, 454, 1972
  3. M. A. van Hove, W.H. Weinberg and C.-M.Chan, Low Energy Electron Diffraction Springer, 1986
  4. M. Henzler, Apps. Phys. A34, 205, 1984
  5. M.A. Van Hove, W.H. Weinberg and C.-M. Chan, Low Energy Electron Diffraction, Springer, 1986
  6. M. Henzler, Apps. Surf. Sci., 11/12, 450 1982,
    , 260, 1982
  7. M.G. Lagally, Apps. Surf. Sci., 13, 260, 1982
  8. H. Sakama and A.Kawazu, Mat Sci Eng., R14 255, 1995
  9. M. Henzler, Surf. Sci., 152/153 744, 1986
  10. J.M. Primbley and T.-M.Lu, J. Vac. Sci. Technology., A2, 457, 1984
  11. T.M. Lu and M. G. Lagally, Surf., Sci., 99 695, 1980
  12. T.-M. Lu, L.-H. Zhao, M.G.Lagally, G.-C.Wang and J.E. Houston, Surf. Sci., 122, 519, 1982
  13. M. Henzler, Electron Spectroscopy for Surface Analysis, p.177, Springer, 1977
  14. U.Scheithauer, G.Meyer and M.Henzler, Surf. Sci., 178, 441, 1986
  15. M.Copel, M.C. Reuter, E. Kaxiras and R.M.Tromp, Phys, Rev. Lett., 63, 632, 1989
  16. M. Horn-von. Hoegen, A.Al Falou and M.Henzler, Phys. Rev. Lett., 71, 2637, 1994
  17. M. Horn-von. Hoegen, A.Al Falou and B.H.Heuller, U.Kuehler, L.Andersohn, B.Dahlheimer, and M.Henzler, Phys. Rev., B49, 2637, 1994
  18. L.J.Clarke, Surface Crystallography, Wiley-Interscience, 1985
  19. E.Bauer, Interaction on Metal Surfaces Vol.4, p.225 Springer, 1975
  20. K. Heinz and K.Mueller, Structural Studies of Surfaces, p.1, Springer, 1982
  21. H.Sakama, K.Murakami, K.Nishikata and A. Kawazu, Phys, Rev., B48, 5278, 1993
  22. J.B.Pendry, Low Energy Electron Diffraction, Academic, 1974
  23. M.A.Van Hove and S.Y.Tong, Surface Crystallography by LEED, springer, 1979
  24. G.Aers, T.B.Grimley, J.B.Pendry, K.L.Sebastian, J.Phys., C14, 3995, 198,
    J.B. Pendry, Surf. Sci., 57, 679, 1978
  25. J.B.Pendry, J. Phys., C13 937, 1980
  26. P.J.Rous, J.B. Pendry, D.K.Saldin, K.Heinz, K.Mueller and N.Bickel, Phys. Rev. Lett., 57, 2951, 1986
    P.J.Rous and J.B.Pendry, Surf. Sci., 219, 355, 1989
  27. 河津璋, 坂間弘, 西片一昭, 日本結晶学会誌、36, 209, 1994
  28. K.Heinz, D.K. Saldin and J.B.Pendry, Phys. Rev. Lett., 55, 2312, 1985
    D.K.Saldin, K.Heinz and J.B.Pendry, Phys Rev., B38, 12277, 1988
  29. H.Sakama, K.Murakami, K.Nishikata and A. Kawazu, Phys. Rev., B50, 14977, 1994

5. 低速電子回析法発展的手法

  1. 河野省三, 日本結晶学会誌, 29, 117, 1987, 応用物理, 53, 415, 1984
  2. 河野省三, 応用物理, 69, 1157, 2000
  3. S. Kono, C.S. Farley, N.F.T.Hall and Z.Hussain, Phys. Rev. Lett., 41, 117, 1978
  4. C.S.Fadley, Synchrotron Radiation Research, Advance in Surface and Interface Science Vol. 1. Techniques, p421, Plenum, 1992

6. 反射高速電子回析法(RHEED: Reflection High Energy Electron Diffraction)

  1. P.A. Maksym, J.L.Beeby, Surf. Sci., 110, 423, 1981
  2. A.Ichimiya, Jin. J. Apple. Phys., 22, 176, 1983
  3. S. Komoto, A.Ichimiya, Surf. Sci., 223, 400, 1983
  4. Y.Shigeta, Y.fukaya, Trends in Vacuum Science and Technology, 4, 37, 2000
  5. T. Hashizume, Q.K.Xue, A. Ichiyama, T.Sakurai, Phys. Rev., B51, 4200, 1995
  6. A. Ontake, M. Ozeki, T.Yasuda, T.Hanada, Phys. Rev., b65, 165315, 2002
  7. A. Ichimiya, H.Nakahara, Y.Tanaka, J.Crystal Growth, 163, 39, 1996

7. 反射高速電子回析の応用例

8. まとめ

表面配列構造
構造模型
原子層ごとに組成の異なる超薄膜の成長の制御

付録1. 並進群・点群およびブラヴェ格子

  1. C. Kittel, Introduction to Sold State Physics, 1st edition, John Wiley, 1995

付録2. 原理

  1. J.R. Penury, Low Energy Electron Diffraction, Academic Press, 1974
  2. P.A.Maksym and J.L. Beeby, Surf. Sci. 110, 423, 1981
  3. A. Uchimiya, Jin. J. Apple. Phys., 22, 176, 1983
  4. J.B. Penury, Low Energy Electron Diffraction, Academic Press, 1974
  5. J.A. Strainer, D.W. Jepsen and F. Jona: Surface Crystallography, in Surface Physics of Materials vo.. 1 ed . J.M. Blakey

参考文献(reference)

Seto's Home Page
http://pmsl.planet.sci.kobe-u.ac.jp/~seto/?page_id=19&lang=ja

MacTempas
https://www.solution-systems.com/pro03/mactempas/

CrystalMaker
https://www.hulinks.co.jp/software/crystal/c-maker

APEX EBSDソフトウェア
https://www.edax.co.jp/products/ebsd/apex-software-for-ebsd

電子線回折の自動測定システムを開発
https://www.riken.jp/press/2020/20200626_1/index.html

初学者のための電子回折解析プログラム
小暮敏博
http://www-gbs.eps.s.u-tokyo.ac.jp/kogure/EDANA/EDA/paper.pdf

分子の3次元構造が簡単にわかる！MicroEDによる結晶構造解析
https://www.chem-station.com/blog/2019/06/microed.html

電子線後方散乱回析(EBSD)
https://www.gatan.com/jp/techniques/ebsd

「粉末回折法の基礎」
2014年9月4日
-結晶学の基礎，試料調整，データの測定・解析，リートベルト解析の手続- 新潟大学 教授佐藤峰夫
http://mukiken.eng.niigata-u.ac.jp/satokougi/daigakuin/kikibunpresen.pdf

透過型電子顕微鏡法による無機化合物の局所構造評価
名古屋工業大学 大学院工学研究科/材料科学フロンティア研究院 浅香 透，漆原大典
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jcrsj/59/4/59_145/_pdf

電子回折法による膜タンパク質の二次元結晶構造解析 産業技術総合研究所・生物情報解析研究センター 光岡 薫
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jcrsj1959/47/1/47_1_44/_pdf

［ED］電子回折法
https://www.mst.or.jp/method/tabid/149/Default.aspx

電池・エネルギー
https://www.jeol.co.jp/products/field_energy.html

電池がわかる電気化学入門

https://bookmeter.com/books/4011213
電気化学 (基礎化学コース)
渡辺 正,益田 秀樹,金村 聖志,渡辺 正義,井上 晴夫
https://bookmeter.com/books/1433964

一次電池

マンガン乾電池
アルカリマンガン乾電池
空気亜鉛電池
リチウム一次電池

二次電池

鉛蓄電池
ニッケル・カドミウム蓄電池
ニッケル・金属水素化物蓄電池
リチウムイオン蓄電池
ナトリウム・硫黄電池
バナジウム・ドックスフロー電池
###燃料電池
アルカリ形燃料電池
リン酸形燃料電池
固体高分子形燃料電池
溶液炭酸塩形燃料電池
固体酸化物形燃料電池

関連用語

カルバーニ電池
ニッケル・水素電池
エネルギー・エンタルピー・エントロピー・ギブスエネルギー
mass active law, 濃度作用の法則・平衡の表式
ダイヤと黒鉛：変化速度０
標準電極電位、redox電位
イオン化列：Na, Mg, Al, Zn, Fe, Pb, Cn, Ag, An
電解質濃度：電極反応：ヘルムホルツ層：グイ・チャップマン層
準安定：新陳代謝

参考文献の参考文献

Junji Yuhara, Hiroki Shimizu, Kouichi Ito, Akio Ohta, Masaaki Araidai, Masashi Kurosawa, Masashi Nakatake, Guy Lelay, 2018. Germanens Epitaixial Growth by Segregation through Ag(111) Thin Films on Ge(111), Acs Nano 2018, 12, 11, 11632-11637

サンユー電子 「スパッタとは・原理」
http://www.sanyu-electron.co.jp/c/index.php?cID=172

尾池工業　 「スパッタリングとは」
https://www.oike-kogyo.co.jp/research/column/sputtering/

日電アネルパ　911-9150 ナノスコープ取扱説明書

パスカル 表面分析装置
http://www.pascal-co-ltd.co.jp/product/sas.html

Olympus 光学顕微鏡とは
https://www.olympus-ims.com/ja/microscope/terms/feature10/

リチウムイオン電池

リチウムイオン電池正極材料の充放電に伴う 構造変化のその場観察
https://japan.rigaku.com/ja/applications/b-xrd1009

実験室系 X 線回折装置 SmartLab を用いた リチウムイオン電池材料の評価
白又 勇士 ，紺谷 貴之
https://www.rigaku.co.jp/members/rj/1910_No112/J0502001TN1.pdf

中性子回折を用いた リチウムイオン二次電池用正極材 の結晶構造解析
Neutron Diffraction Study of Cathode Materials for Lithium Ion Batteries
住友化学株式会社 筑波研究所, 塩 屋 俊 直
https://www.sumitomo-chem.co.jp/rd/report/files/docs/2011-1J_6.pdf

インオペランドXRD
https://www.malvernpanalytical.com/jp/industries/battery-and-energy-storage/batteries-and-capacitors/in-operando-xrd

リチウムイオン電池の構造的および化学的特性
アプリケーションノート
Linda Romano博士により、 科学フェロー
https://eag.com/ja/resources/appnotes/structural-chemical-characterization-li-ion-batteries/

放射光を用いたリチウムイオン二次電池用 正極材料の評価・解析技術
小林 弘典
(独)産業技術総合研究所 ユビキタスエネルギー研究部門 蓄電デバイス研究グループ 研究グループ長
http://support.spring8.or.jp/Doc_workshop/PDF_20110812/kobayashi.pdf

バッテリー
https://www.mst.or.jp/object/tabid/1394/Default.aspx

【技術資料】 Liイオン電池材料のXRDによる解析(最大エントロピー法)
http://www.tosoh-arc.co.jp/techrepo/files/tarc00446/T1411N.pdf

software

RIETAN-FP

RIETAN-FP・VENUS システム配布ファイル
http://fujioizumi.verse.jp/download/download.html
RietanFP

RIETAN-FP・VENUS システムと 外部プログラムによる粉末構造解析
泉 富士夫
https://www.jim.or.jp/journal/m/pdf3/56/06/393.pdf
http://fujioizumi.verse.jp/

RIETAN・VENUS(導入)
https://www3.hp-ez.com/hp/abinitio/

Dysnomia

Dysnomia
https://jp-minerals.org/dysnomia/jp/

粉末回折データの MEM 解析・三次元可視化用ソフトウェアの開発
河村 幸彦，門馬 綱一，泉 富士夫 (物質・材料研究機構 量子ビームユニット)
https://www.jstage.jst.go.jp/article/hamon/23/1/23_66/_pdf/-char/ja
##自己参照(self reference)
Hamiltonian ハミルトニアン
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/b274287858dd63e9a229

英語(24)アンの部屋（人名から学ぶ数学：岩波数学辞典）
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/e02cbe23b96d5fb96aa1

物理記事　上位100
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/66e90fe31fbe3facc6ff

数学関連記事１００
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/d8dadb49a6397e854c6d

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https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/42d58d5ef7fb53c407d6

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https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/6ab51c12ba51bc260a82

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https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/1d67de5e1cd207b05ef7

自動車　記事　１００
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/f7f0b9ab36569ad409c5
＜この記事は個人の過去の経験に基づく個人の感想です。現在所属する組織、業務とは関係がありません。＞

文書履歴(document history)

ver. 0.01 初稿 20210202
ver. 0.02 電池がわかる電気化学入門　渡辺正　追記 20210205 午後
ver. 0.03 電気化学 渡辺正 追記 20210205 夜
ver. 0.04 参考文献追記 20210206
ver. 0.05 参考文献追記 20210207
ver. 0.06 Markdown補正 20220226
ver. 0.07 ありがとう追記 　 20230529

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