2018 Fiscal Year Annual Research Report
Dynamics of Composite Electrodes in All-Solid-State Ionics Devices
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18H05255
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
辰巳砂 昌弘 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50137238)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 晃敏 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10364027)
作田 敦 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30635321)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| Keywords | 固体電解質 / 電極複合体 / 全固体デバイス / 弾性率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体－固体界面の構築及び保持は、全固体イオニクスデバイス固有の課題である。特にデバイス作動時に生じる力学的現象に伴う諸問題に対しては、その重要性の高さにも関わらず学術的なアプローチは皆無に等しい。本研究課題では、全固体イオニクスデバイスの共通課題である固体界面に関する学術基盤の確立を目標としている。
本年度は、二種の固体電解質からなる電解質複合体のモルフォロジーと電気化学的特性の定量的な紐づけ手法の開発に取り組んだ。電気的・機械的特性の異なる二種の固体電解質の複合体粉末を、室温プレス成形、または、ホットプレス成形することで異なる相対密度を有する緻密成形体を作製し、得られた成形体の相対密度、導電率、弾性率を測定した。超イオン伝導性結晶Li10GeP2S12は焼結体では極めて高い導電率を示すが、室温成形体ではイオン伝導度は大きく低下した。一方で、Li3PS4-LiI系のガラス電解質は、室温成形体においても高いイオン伝導度を示した。これらの複合体の室温成形体は中間の特性を示したが、断面観察によってLi10G2P2S12が多い部分とLi3PS4-LiIガラスが多い部分では、緻密性が異なることが分かった。Li10GeP2S12をガラス化し、それを結晶化したガラスセラミックスでは、室温成形体でも高い導電率が得られた。ガラス成分を含有させることで、高いイオン伝導性を有する成形体が得られることが分かった。その他、電気化学的手法を用いて混合伝導体のイオン伝導度と電子伝導度を分離して測定する技術の開発を進めた。
また、顕微ラマン分光分析装置を導入し、電極複合体の局所構造のマッピング進める準備を進めた。さらに、元素分析装置:CHNS及びICP-OESを導入し、これまで困難であった硫化物系イオニクス材料の組成の定量分析に取り組む準備を整えた。
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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
初年度は、装置導入、硫黄含有量の測定技術の確立、断面観察技術の確立、電気化学的特性の測定原理の構築などを進め、二年目以降に取り組む新材料開発の準備を整えることができた。また、結晶、ガラス、ガラスセラミックス粉末の成形性に関する知見を獲得した。
当初目標とした研究に関してはおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、研究計画書に記載している通り、充放電時の電極複合体の諸問題の解明と、電極複合体のダイナミクスにおける諸問題を解決し得る新材料の開発に取り組む。一例として高弾性のイオニクス材料の開発に取り組む。さらに、機械材料試験機を導入し、硫化物系イオニクス材料の弾性限界や塑性変形挙動の解明に取り組む。
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