全固体化電池用複合化無機固体電解質の創製

Research Project

Project/Area Number	23K23445
Project/Area Number (Other)	22H02177 (2022-2023)
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Multi-year Fund (2024) Single-year Grants (2022-2023)
Section	一般
Review Section	Basic Section 36020:Energy-related chemistry
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	福塚友和名古屋大学, 工学研究科, 教授 (90332965)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	片倉誠士名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20886345) 松井敏明京都大学, 工学研究科, 准教授 (90378802)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help	¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000) Fiscal Year 2024: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000) Fiscal Year 2023: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000) Fiscal Year 2022: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Keywords	全固体電池 / 電解質
Outline of Research at the Start	脱炭素社会の構築に向けて、再生可能エネルギーから得られる電力の蓄電池へ貯蔵が必須である。大型蓄電池では小型携帯機器と比べて高い安全性が要求されるが、安全性に優れた不燃性の無機固体電池は粉体の固体－固体接合に起因する課題が多く存在するため実用化には至っていない。本研究ではこの課題を解決するために、柔軟性イオン伝導体と無機固体電解質を複合化した新しい全固体化電池電解質の創製を目的とする。具体的には、１）柔軟性イオン伝導体の開発、２）全固体化電池電解質に現れる新たな抵抗成分の解析、３）柔軟性イオン伝導体の無機固体電解質ペレット空隙への含浸による全固体化電池電解質の創製、を行う。
Outline of Annual Research Achievements	2022年度は、ナトリウムイオン伝導性柔軟材料の合成、全固体化電解質中のイオン移動挙動の解明、を中心に取り組んだ。ナトリウムイオン伝導性柔軟材料として、まずポリマー電解質を選定した。ポリマー電解質の合成には、ポリエチレンオキシド（PEO）をホストポリマー、ナトリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（NaTFSA）をナトリウム塩として用い、アセトニトリルを溶剤としたキャスト法により膜を得た。NaTFSAの含有量、ポリマー電解質膜のエージング条件の最適などに取り組んだ。得られたナトリウムイオン伝導性ポリマー系電解質のイオン伝導度以外の物性に関しては今後評価を進める。さらに、イオン液体複合化バインダーの電解質膜化にも取り組んだ。固体電解質に緻密化されたNa-β”-アルミナペレットを用い、両面に作製したポリマー電解質を貼り付け、固体電解質／ポリマー電解質界面のナトリウムイオン移動抵抗の活性化エネルギーを得た。ポリマー電解質では見られない活性化エネルギーを有する円弧成分が見られ、界面ナトリウムイオン移動抵抗と帰属した。これらの活性化エネルギーはポリマー電解質バルクよりも低いものであったが、Na-β”-アルミナペレットのバルク抵抗より大きなものであった。また、Na-β”-アルミナペレットをプレス成型し、その三次元構造解析の予備検討を行った。複合化についても検討を開始し、ポリマー電解質とNa-β”-アルミナ粉末との混合による複合化を行ったが、ポリマー電解質とNa-β”-アルミナ粉末界面での伝導を示唆する結果が得られた。今後はPEOの分子量などを変えた測定を行う。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason ナトリウムイオン伝導性柔軟材料であるポリマー電解質の熱分析などの物性評価が一部遅れている点はあるが、ポリマー電解質と固体電解質粉末の複合化に関する取組を先行して進めており、全体として順調に進んでいると判断できる。
Strategy for Future Research Activity	2023年度は、2022年度の残課題であるポリマー電解質の熱分析などの物性評価に継続して取り組むとともに、固体電解質粉末など種々の材料の変更も念頭にポリマー電解質と固体電解質粉末の複合化手法をより詳細に検討し、研究を進める予定である。