2020 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, その他部局等, 学長 (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), 准教授 (30635321)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| Keywords | 交流インピーダンス法 / 特性周波数 / 弾性率 / 粉末成形 / 固体電解質 / 全固体電池 / 電極複合体 / リチウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２０２０年度は、以下の研究内容に取り組んだ。
「電極複合体構造と電気的特性に関する基盤構築」に係り、２０２０年度は、代表的な固体電解質であるLi3PS4ガラス電解質粉末について、形状係数の異なる複数のペレット成形体を作製し、導電率、特性周波数、誘電率の詳細測定を試みた。固体電解質のキャパシタンスは経験的に10^－12～10^－11 Fとなることが知られているが、これは形状係数によって変化する値である。一方で特性周波数は、形状依存性を示さないはずである。ペレットの相対密度が約90%となるようにプレス圧を調整し、交流インピーダンス法を用いて、種々の形状や環境下にあるペレットに対して抵抗値と特性周波数の変化を調べた。固体電解質部分以外のキャパシタンスを十分に低減した場合に正確な特性周波数を得ることができる。相対密度90%のLi3PS4ガラスの特性周波数は、5×10^7 Hz程度であることを明らかにした。一方で、キャパシタンスは形状によって可変であることを実測でも確認した。
初期充電前後の硫化物系全固体電池の正極複合層断面における雰囲気遮断KFM－C-AFM－SSRM－SEM－EDX相関分析によって、充放電前後のマイクロメートルサイズの正極粒子の電気抵抗の実測を行った。得られた結果は、過去に得られた電極複合体の充放電時の電子伝導度の変化の傾向に一致した。
「電極複合体の塑性領域のダイナミクスの基盤構築」に係り、２０２１年度は機械材料試験機を用いて少量試料に対して大気非暴露下での粉末の緻密化挙動をダイナミックに測定する手法を確立し、硫化物系ガラスおよび結晶電解質、塩化物系固体電解質の緻密化挙動を調べた。
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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
新型コロナウイルスの影響も最低限に抑えて研究開発を進めることができた。学会発表に関しては、学会の中止などで当初の計画よりも成果の発信が遅れたが、論文や解説記事によって、成果の発信に積極的に取り組んだ。
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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、クラック発生や界面での副反応などに関する充放電時の電極複合体の諸問題の解明に取り組む。特に膨張収縮率が大きい合金系負極活物質や、全固体ナトリウムー硫黄電池の正極複合体に係る、電極複合体のダイナミクスについて、課題抽出及び解決を図る。
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