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2019 Fiscal Year Research-status Report

Development of Super-ionic Conductor using Fluoride Sulfide

Research Project

Project/Area Number 19K22239
Research InstitutionRitsumeikan University

Principal Investigator

折笠 有基  立命館大学, 生命科学部, 准教授 (20589733)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 中村 崇司  東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (20643232)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2021-03-31
Keywords二次電池 / 全固体電池 / フッ化物 / 材料設計
Outline of Annual Research Achievements

リチウムイオン電池の理論性能を大きく超える新たな二次電池の候補として全固体フッ化物イオン電池がある。全固体フッ化物イオン電池を実用的に動作させるためには、高いフッ化物イオン伝導率と広い電位窓を有する固体電解質の開発が重要である。現状では、イオン伝導度が高く、安定なフッ化物としてタイソナイト型構造の希土類フッ化物が調べられており、アルカリ土類金属フッ化物をドープすることにより、フッ化物イオンが移動するための欠陥を生成し、イオン伝導度を高めることができる。近年ではこれらの固体電解質を用いた充放電反応が報告されているものの、作動温度や入出力特性に依然として大きな課題があり、さらなるイオン伝導率の向上が必須である。本研究では、単一のアニオンを有するフッ化物から、複数種のアニオンを有する複合アニオン化合物へ材料探索の領域を広げることで、将来のフッ化物イオン伝導体設計の領域拡張をはかった。
高イオン伝導に要求される因子として格子内に分極しやすいイオンが存在することが挙げられる。これはイオンが移動する経路に沿って生ずる異なる環境に対応して、イオンの電子分布を調節できるからである。そこで、本研究ではフッ化物イオンのサイトに、より分極しやすいイオンである硫化物イオンを置換した。求めたイオン伝導度からフッ化物イオン伝導の活性化エネルギーを算出したところ、結晶構造によって、硫化物イオンの置換効果が発現するケースとみられないケースが明らかになった。これはフッ化物イオンの伝導パスが置換された硫化物イオンによって影響を受けていることを示すものである。本研究では、これまで単一のアニオン化合物であった、フッ化物イオン伝導体設計領域を、複合アニオン化合物へ展開し、その材料の潜在性を示すことに成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初予定していた結晶構造の数を超える材料の合成に成功しており、数多くの結晶構造を検証しているため。

Strategy for Future Research Activity

希土類とアニオン種の組成に着目した材料設計を進める。前年度に策定された材料設計に基づき、材料合成を行う。合成した試料は同様に、キャラクタリゼーションと導電率測定、X線吸収分光測定を行い、前年度の結果と合わせて、フッ化物イオン伝導の高速化をはかる。

Causes of Carryover

新型コロナウィルスの蔓延により、3月期に実施予定の研究計画を見直したため。物品費として、無機試薬の購入にあて、1203116円、その他として、外注分析を加え380000円とする。

  • Research Products

    (6 results)

All 2020 2019

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Fluorine and Oxygen K-edge X-ray Absorption Near Edge Structure of Ytterbium Fluoride Sulfide2019

    • Author(s)
      S. Tachibana, H. Yamagishi, Y. Orikasa
    • Journal Title

      Memoirs of the SR Center, Ritsumeikan University

      Volume: 21 Pages: 7-9

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 希土類硫化フッ化物を用いたフッ化物イオン伝導体の設計2020

    • Author(s)
      橘慎太朗, 井手一人, 山崎久嗣, 當寺ヶ盛健志, 小谷幸成, 折笠有基
    • Organizer
      電気化学会第87回大会
  • [Presentation] 硫化フッ化物を用いたフッ化物イオン伝導体の作製と導電特性2019

    • Author(s)
      橘慎太朗,折笠有基
    • Organizer
      第21回化学電池材料研究会ミーティング
  • [Presentation] Electrochemical Property of Yb-F-S Multiple-anion Compound for Battery Application2019

    • Author(s)
      Shintaro Tachibana , Yuki Orikasa
    • Organizer
      The 8th International Conference of The Indonesian Chemical Society
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Synthesis and Electrical Properties of Fluoride Ion Conductor Using Fluoride Sulfide2019

    • Author(s)
      Shintaro Tachibana, Hirona Yamagishi , Yuki Orikasa
    • Organizer
      The 13th Pacific Rim Conference of Ceramic Societies
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Yb-F-S化合物の合成と導電特性評価2019

    • Author(s)
      橘慎太朗,井手一人,山崎久嗣,當寺ヶ盛健志,山岸弘奈,小谷幸成,折笠有基
    • Organizer
      第45回固体イオニクス討論会

URL: 

Published: 2021-01-27  

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