強誘電体／固体電解質界面の局所イオン伝導率の計測

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25288115
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 入山 恭寿 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30335195)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 本山 宗主 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30705752)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 固体電解質 / 界面 / 空間電荷層 / 電池

Research Abstract

強誘電体等の材料（添加材料）を固体電解質と複合化すると、固体電解質の全イオン伝導率が向上する場合がある。これらは「複合固体電解質」に分類される。複合化して全イオン伝導率が向上するのは、界面近傍でイオン伝導率が向上する領域が形成されるためと考えられている。しかし、そのイオン伝導率を実測した例は少なく、イオン移動機構のモデルも多数ある。このため、複合電解質の材料設計指針は現状では明確でない。そこで本研究は、Li+伝導性のセラミックス固体電解質を強誘電体と複合化したたモデル界面を構築し、界面近傍の局所イオン伝導率を電流計測AFMを用いて計測する手法の開発を目的としている。
H25年度は、ダイヤモンド　或いは　白金-ロジウム等の市販されている探針材料への金属被覆、固体電解質上に異なる面積のAu集電膜を備えた試料を用いた導電率計測から、電流計測AFM装置の等価回路の構築を行った。これにより、探針部及び制御部の各抵抗を見積もった。また、この際に探針にかける荷重を変えて電圧計測を行い、荷重の適正範囲を絞った。一方、Au蒸着膜と固体電解質上でのフォースカーブの計測から、荷重をかけた場合に前者ではAuの変形が認められる（接触する）のに対し、セラミックス固体電解質の形状変化は認められなかった。即ち、一般的な探針を直接セラミックス固体電解質に押しつけるだけでは十分な接触を稼ぐことが難しく、局所導電率の計測は難しい。セラミックス固体電解質と接触しやすくするための改良が必要と考えられる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

電流計測AFM装置を用いて、基礎的な測定が可能な段階まで到達した。固体電解質上のイオン伝導率を探針を用いて計測する場合に、探針とセラミックス固体電解質の接触に問題点があるということを突き止め、課題を克服するための指針が明確化できた。

Strategy for Future Research Activity

セラミックス固体電解質と探針との接触が大きな課題である。固体電解質側では、ガラス、ポリマー電解質など　セラミックス固体電解質よりも柔らかい固体電解質の利用で問題を回避できる手法として考えられる。また、セラミックス固体電解質との接触が起こりやすい探針の開発が第二の手法と考えられる。