2022 Fiscal Year Annual Research Report
不規則性が加速する固体内高速イオン伝導機構の解明と革新的材料創製への展開
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20H02430
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
臼杵 毅 山形大学, 理学部, 教授 (70250909)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
尾原 幸治 公益財団法人高輝度光科学研究センター, その他部局等, 副主席研究員 (00625486)
安仁屋 勝 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (30221724)
笠松 秀輔 山形大学, 理学部, 准教授 (60639160)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | イオン伝導性ガラス / 固体イオニクス / 量子ビーム / 構造不規則性 / イオン伝導経路 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
室温において高イオン伝導性をもつガラスは、液漏れのない二次電池などの次世代電気化学デバイスの完全固体化において鍵を握る材料である。本研究では、量子ビームを最大限に活用した元素選択精密構造解析実験と大規模量子計算シミュレーションを駆使することにより、ガラス構造及びイオン拡散経路の構築過程を原子・電子レベルで可視化する。さらに、不規則性の度合いと電子状態および拡散能向上をつなぐ輸送理論の再構築を通して、ガラス系において不規則性が加速するイオン伝導機構の全容を解明し、革新的イオン伝導材料の創製へと展開をはかることを目的とする。2022年度は、(1)ガラス化進行過程におけるイオン伝導性および熱物性変化の精密物性測定、(2)各種の量子ビーム実験データを用いた不規則構造解析、(3)第一原理分子動力学計算を実行した。(1)では、メカニカルミリングによる研究対象材料の作製、及び得られた試料の精密電気伝導度測定、イオン伝導・電子伝導の分離測定、イオン伝導度が顕著に変化する現象に伴う熱物性測定を実施した。(2)では、SPring-8で得られた回折実験及びX線異常散乱実験データ、KEK-PFで得られたXAFS実験データ、J-PARCで得られた中性子線回折実験データを全て用いた逆モンテカルロ法による精密三次元構造の導出を行なった。並行して(3)では、対象ガラス系に対する第一原理分子動力学計算を進め、可動イオンの配位環境と拡散に関する情報の理論的導出を実施した。いずれにおいても、ガラス化に伴う高イオン伝導性の発現とそれに伴うイオン伝導発現に直結する重要な基礎知見が得られた。実験結果の精査を行う中で、不規則性とイオン輸送に関する結合ゆらぎモデル理論との対応を検討した。これらの結果は、国内外の学会等で発表を行った。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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