2021 Fiscal Year Annual Research Report
高速カチオン伝導アナルサイム巨大結晶の配向化による無粒界低価格固体電解質の創製
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19K22066
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
松田 元秀 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (80222305)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
打越 哲郎 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (90354216)
鈴木 達 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (50267407)
橋新 剛 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 准教授 (20336184)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | ゼオライト / 固体電解質 / 緻密化 / 配向化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鉱物資源として知られるゼオライトで世界初となる低価格な新規固体電解質の開発に挑戦する、これが本研究の終局的な狙いである。ゼオライトの中でもアナルサイムは安定相と知られる。その存在は古くから知られるが、イオン伝導性など物理的な特性はあまり明らかにされていない。ゼオライトＡ型やＸ型は他のゼオライトに比べ、キャリアとなるカチオンをより多く含むが、緻密化が困難なため、それら自身で固体電解質に応用された例はない。本研究では、固体電解質への応用展開を目指し、アナルサイムを中心にＡ型やＸ型について研究を実施し、以下の知見を得た。
・イオンの伝導方向に対し粒子境界を持たない電解質を形成させるには大きな結晶を用い単粒子膜形成が望ましく、そのため巨大結晶合成に取り組んだ結果、～mm程度の大きさに至る粒子の安定的な作製に至らず、検討の結果、巨大結晶合成が溶液中の条件にきわめて敏感であることが示唆された。
・得られたいくつかの巨大結晶を用いて磁場配向による配向体作製を試みた結果、ランダム体とは異なるXRD回折パターンが得られたため、検討を進めた結果、結晶合成時に用いた原料によるピークが見られ、さらに巨大結晶自体の磁場配向挙動は観測されず、粒子が大きいため磁場による回転力が十分でない、懸濁液の分散性が低い、結晶自体の性質上異方性が無いなどの原因が示された。
・異なる大きさの種結晶を準備し、二次成長法で膜の緻密化を行った結果、より大きな種結晶粒子で製膜された試料の方がより緻密化が進むことが明らかになった。
・Ｘ型やＡ型の緻密体の作製に成功し、その導電率を調べた結果、固体電解質として応用上望ましいとされる１×10-3（S/cm）を超えるイオン伝導率を示す試料の作製が実現可能であることが明らかになった。
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