2018 Fiscal Year Annual Research Report
Game-changing in Smart Ceramics Separator Challenging from Atomic Crystal Growth Technology
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17H01322
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
是津 信行 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (10432519)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
手嶋 勝弥 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (00402131)
林 文隆 信州大学, 学術研究院工学系, 助教 (20739536)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 結晶工学 / 結晶成長 / イオン結晶 / 表面・界面物性 / セミラックス / セパレータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
板状結晶の組積構造集積化に関する要素技術の開発に取り組んだ。後述するフラックス育成した板状LiNbO3結晶をモデル物質として用いた。剥離剤付のポリエチレンシート上にテープ成型し，断面FE-SEM観察，AFM測定，XRD測定から，板状結晶の配列構造を調べた。その結果，特定の限定された条件においてのみ，板状結晶が水平方向に配向し，かつ鉛直方向に数十層積み上げられた組積構造が形成されることがわかった。特に，板状結晶のアスペクト比が組積構造形成の可否を支配することがわかった。電気化学インピーダンス測定によるリチウムイオン伝導度測定ならびに，電流密度を系統的に変化した定電流充放電試験によるデンドライト耐性試験を行った。不定形粒子の焼結体およびテープ成型品と比べた結果，組積構造化した板状板状LiNbO3結晶からなるセパレータにおいて，その特性の著しい向上が認められた。これらの成果は，2019年6月中に特許出願し，論文投稿する予定にある。その他，ガーネット型Li5La3Nb2O12の粒界構造モデルと粒界におけるイオン伝導挙動をMD計算により解析した結果は，Journal of Physical Chemistry Cに掲載された。Top 10%論文に選出され，論文誌の表紙に採択された。加えて，機械学習法を取り入れ，粒界伝導を支配する因子を解析した。ニューラルネットワーク法を用いた結果，粒界領域におけるランタンサイトの変動が大きくなると，粒界領域にバルクには存在しない，新しい伝導経路が形成されることが明らかになった。
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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
組積構造集積化の効果を実験的に検証し，既存のセラミックスセパレータを凌駕する性能が得られたことから，プロトタイプ型のスマートセパレータの実証に成功したと言える。加えて，トポケミカル反応によりペロブスカイト型La(1-x)/3LixNbO3 への変換反応についても，当初予定を前倒して検証に取り組み，合成ルートの探索の目途がついたため。加えて，当初計画していなかった，機械学習法を取り入れた検討を始め，焼結体における粒界伝導挙動の解析が可能になったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
固体電解質のイオン伝導度を高くするために，板状LiNbO3結晶をトポケミカル反応によりペロブスカイト型La(1-x)/3LixNbO3 に変換する。その後，組積集積化することで，板状化の効果とイオン伝導度向上の効果を明らかにする。
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