Analyzing the Interface Stability of Alkali Metal Anodes and Solid-State Electrolytes via a Fatigue and Fracture Mechanics Approach

• Project/Area Number: 25K01505
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 本山 宗主 九州大学, エネルギー研究教育機構, 准教授 (30705752)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 赤嶺 大志 長崎大学, 総合生産科学研究科(工学系), 准教授 (40804737)
• Project Period (FY): 2025-04-01 – 2029-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2025)
• Budget Amount: ¥18,850,000 (Direct Cost: ¥14,500,000、Indirect Cost: ¥4,350,000); Fiscal Year 2028: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2027: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2026: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2025: ¥15,470,000 (Direct Cost: ¥11,900,000、Indirect Cost: ¥3,570,000)
• Keywords: アルカリ金属 / 固体電解質 / 短絡 / 融点

Outline of Research at the Start

本研究の核心をなす学術的問いは、「低融点アルカリ金属（Li, Na, K）が固体電解質を貫いて成長する現象は、元素の違いに依存しない力学的な現象なのか、それとも、元素固有の（電気）化学的な性質に依存する現象なのか」である。本研究では材料強度学的視点に立ち、温度Tと圧力Pを各元素の融点Tmと剛性率Gで規格化した条件で短絡試験を行う。T/TmとP/Gの二次元平面上でLi, Na, K金属負極の充放電の安定性を俯瞰する。T/Tmの軸上で見るとLiにとっての27 ℃は、Naにとっての－28 ℃、Kにとっての－50 ℃に相当する。そのため大型の低温恒温器と電気化学測定用CIP装置を導入し実験を行う。