| Project/Area Number |
22K18883
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
安井 伸太郎 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (40616687)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | イオン伝導体 / 無焼結 / 高結着 / 大気安定性 / 水系スラリー |
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| Outline of Research at the Start |
代表的固体酸化物電解質であるペロブスカイト型LiLaTiO3やガーネット型Li7La3Zr2O12は～10-3 S/cmの高いバルクイオン伝導を示すことが知られているが、酸化物セラミックスは材料自身が非常に硬いために加工性に乏しく、結果的に界面抵抗が非常に高くなり、トータルのイオン伝導度は10-4 S/cmが精いっぱいである。さらに電池構造を構成する際には高温焼結が必要となり組成ずれ等の問題点もあり応用が困難であった。本研究は界面抵抗低減を可能とする柔らかな高加工性・高結着性の固体無機酸化物電解質開発を行い、大気安定な無焼結・高結着・高イオン伝導を持ち合わせる材料の開発を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
メカノケミカル法により合成したアモルファスLi2B4O7は非常に柔らかく室温圧粉工程にて粒子同士が変形して非常に成形性にすぐれる特性を有する。それらに水とリチウム塩(LiFSI)を混合することで、非常に分散性のよい水性スラリーを作製することが可能となった。このスラリーを乾燥させると紛体が得られ、塗布・室温乾燥工程にて固体シートを得ることが出来る。粉末は圧粉することで焼結することなく非常に緻密なペレットを作製することが出来る。ペレットおよびシートの両者ともにイオン伝導性を調査したところ、1～10 mS/cmのイオン伝導性を得ることが出来た。またこれらの活性化エネルギーは0.2eV程度と従来の固体酸化物イオン伝導体と比較して約半分～2/3程度と非常に小さく、温度に対して安定であることも分かった。イオン伝導性に幅があるのは水性スラリーにより作製していることで、内部に含水されている状況であることから、それらの水分量によって変化するためである。固体電解質としての性質を考慮すると、含水成分は取り除く必要がある。この材料系における含水成分は自由水とリチウム塩-母相の結合を担う結合水の2種に分類することが出来るが、前者を取り除き適切な結合水のみを残留させることで、完固体にすることが可能となる。通常の固体電解質はバインダー成分を混入させるが本材料系においてはアモルファスの母相がその役割を担うことから基本的にはバインダフリーで作製することが可能となる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初予定していたイオン伝導性能の約10倍の伝導性が得られ、非常に期待が持てる結果となったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
予想以上のイオン伝導性が確保できたため、学術的にそれらを理解するための詳細解析を行う。さらには母相の合成手法の選択性、リチウム塩の選択性、またそれらに対するイオンで同性能を評価することで、網羅的な理解を追究する。
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