2020 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of superionic conductors
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17H06145
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
菅野 了次 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (90135426)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田村 和久 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究副主幹 (10360405)
平山 雅章 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (30531165)
小林 玄器 分子科学研究所, 物質分子科学研究領域, 准教授 (30609847)
堀 智 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任助教 (30795654)
鈴木 耕太 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (40708492)
日沼 洋陽 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 研究員 (80648238)
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| Project Period (FY) |
2017-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | 超イオン導電体 / 固体イオニクス / 中性子 / 放射光 / ナノ界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
新規イオン導電性物質の探索と解析、ナノ界面を利用した物質探索を行った。リチウム系、ヒドリド系で複数の新規物質を見いだし、組成、構造、イオン導電特性の相関を理解することができた。またナノ界面に着目した新材料設計の可能性について検証した。
リチウム系: リチウム超イオン導電体Li10GeP2S12の構造を利用し、組成比率の精密な制御により、Li-Si-P-S-Cl-O系において特に高い導電特性を示すことが分かった。298 Kで28 mS/cmのバルクイオン導電率を示し、リチウム導電体の最高値を実現した。組成の高エントロピー化を指針とした系統合成で、イオン導電率を向上させる道筋を示せた。
ヒドリド系: K2NiF4型ヒドリドイオン導電体のうち、BサイトをLiが占有する(Ln,Sr)Li(HO)系のイオン導電経路を解析した。ペロブスカイト層面内の二次元的な拡散であることが分かり、三次元的なヒドリドイオン拡散を狙い、単純ペロブスカイト構造ABH3を軸とした合成と評価を行った。組成最適化により、K2NiF4型と比べてイオン導電率が2桁向上し (>10-3 S/cm@200°C)、活性化エネルギーは50 kJ/molであった。三次元的なイオン拡散経路の構築と、アニオン欠陥量制御によりイオン導電特性を飛躍的に向上させることができた。
ナノ界面: 様々な組成のエピタキシャル薄膜電極上に数nmの固体電解質を被覆した積層電極の合成と電池性能評価、構造解析を行った。積層電極は優れた出力特性を示し、その起源が積層により生成するナノ界面層であることが分かった。固体固体界面の形成時に、バルク材料では実現出来ない高濃度な欠陥を有する組成、構造のナノ界面層が創出され、電池性能が大きく向上することが分かった。ナノ界面領域を人工的に導入することで、新しいイオン導電材料の設計が可能であることを実証した。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(46 results)
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[Presentation] 水素含有化合物のエピタキシャル薄膜合成手法の開発2020
Author(s)
笹原悠輝, 廣瀬隆, 松井直喜, 金谷航葵, 柿木園拓矢, 鈴木耕太, 平山雅章, 中山亮, 西尾和記, 菅野了次, 清水亮太, 西山宣正, 小林玄器, 一杉太郎
Organizer
第46回固体イオニクス討論会
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