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2020 Fiscal Year Annual Research Report

Development of novel properties of hydride solid electrolytes based on functionality design of complex anions

Research Project

Project/Area Number 19K15666
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

金 相侖  東北大学, 金属材料研究所, 助教 (20801442)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Keywords錯体水素化物 / 超イオン伝導 / 固体電解質 / 全固体電池
Outline of Annual Research Achievements

錯体水素化物は金属と水素からなる籠状の錯イオンを有する材料であり、リチウムのような陽イオンが固体内を高速で伝導することから全固体二次電池の固体電解質への適用が期待される。錯体水素化物におけるイオン伝導の最大の特徴は、温度上昇に従い高温相に構造相転移し、その高温相が10-1 S cm-1以上の超リチウムイオン伝導率を示すことである。即ち、高温相における構造的・動的挙動とリチウム伝導の相関を明らかにすることで新規材料開拓の可能性が導かれる。 令和2年度は、錯体水素化物の高温相の形成原理解明と高イオン伝導性を有する水素化物固体電解質材料の創出を目指して、(1-x)Li(CB9H10)-xLi2(B12H12)擬似二成分系における固溶体と構造相転移の相関および得られた試料のイオン伝導特性を調べた。以下に詳細を報告する。
・低x値(0.1≦x≦0.4)において、Li(CB9H10)の構造を有する固溶体が得られた。上記領域では、Li(CB9H10)中の[CB9H10]-錯イオンが[B12H12]2-錯イオンに置換された相が形成された。
・xが増加すると、固溶量の増加するとともに、高温相の低温安定化が促進された。特に、x=0.3、0.4において、室温において高温相が安定化され、液体電解質並みの超リチウムイオン伝導率が得られた。
・錯イオンの価数が増加すると、イオン伝導の活性化エネルギーが低下し、イオン導電率が低下した。
以上より、錯イオンの固溶による高温相安定化は、今後の錯体水素化物固体電解質の材料開拓に向けての重要な設計指針となることが分かった。

  • Research Products

    (16 results)

All 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (4 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 3 results) Presentation (4 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Int'l Joint Research] Institute for Energy Technology (IFE)/University of Oslo(ノルウェー)

    • Country Name
      NORWAY
    • Counterpart Institution
      Institute for Energy Technology (IFE)/University of Oslo
  • [Int'l Joint Research] HIU Electrochemical Energy Storage/Karlsruhe Institute of Technology (KIT)(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      HIU Electrochemical Energy Storage/Karlsruhe Institute of Technology (KIT)
  • [Int'l Joint Research] Univ Paris Est Creteil(フランス)

    • Country Name
      FRANCE
    • Counterpart Institution
      Univ Paris Est Creteil
  • [Int'l Joint Research] EPFL(スイス)

    • Country Name
      SWITZERLAND
    • Counterpart Institution
      EPFL
  • [Journal Article] Stabilization of Superionic-Conducting High-Temperature Phase of Li(CB9H10) via Solid Solution Formation with Li2(B12H12)2021

    • Author(s)
      Sangryun Kim, Kazuaki Kisu, Shin-ichi Orimo
    • Journal Title

      Crystals

      Volume: 11 Pages: 330

    • DOI

      10.3390/cryst11040330

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Monocarborane cluster as a stable fluorine‐free calcium battery electrolyte2021

    • Author(s)
      Kazuaki Kisu, Sangryun Kim, Takara Shinohara, Kun Zhao, Andreas Zuttel, Shin‐ichi Orimo
    • Journal Title

      Scientific Report

      Volume: 11 Pages: 7563

    • DOI

      10.1038/s41598-021-86938-0

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Comparative Molecular Dynamics Study of the Roles of Anion-Cation and Cation-Cation Correlation in Cation Diffusion in Li2B12H12 and LiCB11H122021

    • Author(s)
      Kartik Sau, Tamio Ikeshoji, Sangryun Kim, Shigeyuki Takagi, and Shin-ichi Orimo
    • Journal Title

      Chemistry of Materials

      Volume: 33 Pages: 2357-2369

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.0c04473

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Pseudo-ternary LiBH4-LiCl-P2S5 system as structurally disordered bulk electrolyte for all-solid-state lithium batteries2020

    • Author(s)
      Abdelouahab El Kharbachi, Julia Wind, Amund Ruud, Astrid B. Hogset, Magnus M. Nygard, Junxian Zhang, Magnus H. Sorby, Sangryun Kim, Fermin Cuevas, Shin-ichi Orimo, Maximilian Fichtner, Michel Latroche, Helmer Fjellvag, Bjorn C. Hauback
    • Journal Title

      Physical Chemistry Chemical Physics

      Volume: 22 Pages: 13872-13879

    • DOI

      10.1039/d0cp01334j

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Complex Hydride Solid Electrolytes of the Li(CB9H10)-Li(CB11H12) Quasi-Binary System: Relationship between the Solid Solution and Phase Transition, and the Electrochemical Properties2020

    • Author(s)
      Sangryun Kim, Kazuaki Kisu, Shigeyuki Takagi, Hiroyuki Oguchi, Shin-ichi Ori
    • Journal Title

      ACS Applied Electronic Materials

      Volume: 3 Pages: 4831-4839

    • DOI

      10.1021/acsaem.0c00433

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 水素化物超リチウムイオン伝導材料の開発と次世代蓄電池への応用2020

    • Author(s)
      金相侖
    • Journal Title

      まてりあ

      Volume: 59 Pages: 429-433

    • DOI

      10.2320/materia.59.429

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Li(CB9H10)-Li(CB11H12)系錯体水素化物の合成と電気化学特性2021

    • Author(s)
      金相侖, 木須一彰, 髙木成幸, 折茂慎一
    • Organizer
      金属学会2021年春期講演大会
  • [Presentation] 錯体水素化物マグネシウムイオン伝導体Mg(BH4)2(NH3BH3)2の電気化学特性2021

    • Author(s)
      木須一彰, 金相侖, 犬飼宗弘, 大口裕之, 高木成幸, 折茂慎一
    • Organizer
      金属学会2021年春期講演大会
  • [Presentation] Li(CB9H10)-Li(CB11H12)系固体電解質の合成, 水分安定性, 電気化学特性2020

    • Author(s)
      金相侖, 木須一彰, 松浦豊, 野口敬太, 野上玄器, 折茂慎一
    • Organizer
      第61回電池討論会
  • [Presentation] マグネシウムイオン伝導体 Mg(BH4)2(NH3BH3)2の電気化学特性2020

    • Author(s)
      木須一彰, 金相侖, 犬飼宗弘, 大口裕之, 高木成幸, 折茂慎一
    • Organizer
      第61回電池討論会
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 分散液の製造方法、シートの製造方法、および、二次電池の製造方法2020

    • Inventor(s)
      金相侖, 折茂慎一, 松浦広幸, 伊賀悠太, 藤田秀紀
    • Industrial Property Rights Holder
      金相侖, 折茂慎一, 松浦広幸, 伊賀悠太, 藤田秀紀
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2020-192973
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 二次電池の製造方法2020

    • Inventor(s)
      金相侖, 折茂慎一, 伊賀悠太, 山本洋, 彦坂英昭, 松浦広幸
    • Industrial Property Rights Holder
      金相侖, 折茂慎一, 伊賀悠太, 山本洋, 彦坂英昭, 松浦広幸
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2020-192974

URL: 

Published: 2021-12-27  

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