Basic research on all-solid-state batteries: Clarifying the origin of interfacial resistance using advanced electrical potential measurement

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01818
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: Ishida Nobuyuki 国立研究開発法人物質・材料研究機構, マテリアル基盤研究センター, 主幹研究員 (10451444)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ケルビンプローブフォース顕微鏡 / 全固体リチウムイオン電池 / 空間電荷層 / 局所インピーダンス計測

Outline of Final Research Achievements

High ionic resistance at interfaces and grain boundaries is a significant obstacle to the practical use of all-solid-state lithium-ion batteries, a promising next-generation energy storage technology. To reduce ionic resistance, it is crucial to elucidate the origin of interfacial resistance and develop measurement techniques to address it. In this study, we used Kelvin probe force microscopy (KPFM) to precisely measure the space charge layer, which is considered the origin of interfacial resistance. Also, we developed a local impedance measurement technique for assessing single grain boundary resistance based on the KPFM technique.

Free Research Field

走査型プローブ顕微鏡

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で得られた成果は電極－固体電解質界面で生じる空間電荷層に関する新しい知見を提供する。固体のイオン伝導体中で生じる空間電荷層の形成メカニズムは実験的検証が不足していることもあり、その学術的な意義は大きい。また、空間電荷層はイオン伝導の阻害要因と考えられており、全固体電池における界面抵抗の起源解明のための一つの知見を提供する。そのため、全固体電池開発において、界面抵抗低減のための界面設計・構造制御技術開発の一助となり得る。