2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Super-ionic Conductor using Fluoride Sulfide
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19K22239
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
折笠 有基 立命館大学, 生命科学部, 准教授 (20589733)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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| Keywords | 二次電池 / エネルギー / 固体化学 / フッ化物イオン / 複合アニオン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
全固体フッ化物イオン電池を実用的に作動させるためには、高いイオン伝導性と広い電位窓を兼ね備えたフッ化物イオン伝導体の固体電解質開発が必要不可欠である。これまでに検討されてきたフッ化物イオン伝導体は、1種類のアニオン（フッ化物イオン）のみで構成される構造が大多数であり、イオン伝導の制御手法は数多く研究されている。カチオン制御により、これらを変調させ高イオン伝導を実現した研究例は多数存在するが、アニオン制御の実施例は極めて少なく、未開拓の領域である。そこで本研究では、2種類のアニオン(フッ化物イオンと分極率がより大きい硫化物イオン)を含んだフッ化硫化物群を用いた固体電解質を新たに合成し、そのイオン伝導性の解析を行った。報告されているフッ化硫化物の結晶構造を用いて、フッ化物イオン伝導の活性化障壁について、ハイスループット解析によるスクリーニングを行い、障壁が小さいと推定されるYb3F4S2を初期検討の材料とした。導電特性評価から、イオン伝導の低い活性化エネルギーが実現されることを明らかにした一方で、電子伝導が発現した。この電子伝導性は結晶構造・電子構造解析から混合価数を取りやすいイッテリビウムイオン由来であることを明らかにした。Yb3F4S2の電子伝導性を制御するために、カチオン置換を行い、La2SrF4S2の合成を行った。導電特性および電気化学的安定性の評価から、フッ化物イオンをキャリアとする新規固体電解質を見いだした。本研究はフッ化硫化物群がフッ化物イオン伝導体として、大きな潜在性を有している点と、フッ化物イオン伝導の高速化の指針を提示した。複合アニオン化合物の幅広い潜在性を示すだけでなく、新奇なフッ化物イオン伝導体設計への道筋を示す端緒となる重要な知見を見いだした。
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