2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of fast ionic conductors for next generation batteries by using soft and giant closo-ions
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18H03832
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高村 仁 東北大学, 工学研究科, 教授 (30250715)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
及川 格 東北大学, 工学研究科, 助教 (40733134)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | イオン伝導体 / クロソイオン / 高圧合成 / 核磁気共鳴 / リチウム二次電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は昨年度合成に成功したメチルアンモニウム置換Li2B12H12の物性評価を実施した。置換体合成の確認はラマン分光とDSCで行われた。Li2B12H12を一度合成した後にCH3NH3+を添加する方法で作製した試料では、ラマン分光でCH3NH3+由来のピークが出現し、DSCでは原料であるCH3NH3Clに起因する融解の吸熱ピークが観測されなかったことから、CH3NH3+がLi2B12H12に固溶していることが示された。また、XRDではLi2B12H12から排出されたLiがLiClを生成することと、Li2B12H12自体の格子膨張が確認された。よって、CH3NH3+置換Li2B12H12の合成に成功したと言える。DSCによる熱的安定性の評価では、無添加Li2B12H12と比較してCH3NH3+置換試料の相変態温度は約10℃低下し331℃であると判明した。イオン伝導度の高い高温相が僅かではあるが低温側にシフトしたことは応用の観点から望ましい。相変態温度の低下はその場高温X線回折測定からも確認された。Liイオン伝導度をインピーダンス分光により評価した。CH3NH3+置換Li2B12H12のイオン伝導度は30℃において1.94×10－9 S/cmと低い値であった。活性化エネルギーも無添加試料の0.52 eVよりも高い0.88 eVであった。7LiNMR測定によってもLiイオンの運動性の評価が行われた。200℃以上でピークの先鋭化が確認され、Liイオンの運動が活性化していることが分かった。このピークの先鋭化は局所的な運動であるため、長距離拡散現象であるイオン伝導挙動と直接の比較には注意が必要であるものの、200℃以上でイオン伝導度が高い値を示す可能性はあると考えられる。また、安定な正極材料の可能性として、Li-Fe-Si系材料の高圧合成も実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
巨大なカチオンであるメチルアンモニウム置換体の相変態挙動、電気伝導性を明らかとし、種々の巨大イオンが新たな構成元素となりうることを実証した点は計画通りと言える。また、局所構造や運動性の評価手法としてNMR分光も適切に行なっている。この手法は新たな水素化物イオン伝導体の実証でも有益な情報を与えた。また、還元性の強い固体電解質に適した正極材料の作製ではLi-Fe-Si系酸化物の探索も実施するなど全固体電池への応用に向けて順調に研究を展開している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度までの研究により、数種類の新たな固体電解質や正極材料の候補材料が確認された。今後は、全固体電池への適用を目指して複合体型電解質の作製や、電池特性の評価を実施する予定である。また、NMR分光測定をさらに高度化し、新規材料のイオンダイナミクスについての知見を得る。
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