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2014 Fiscal Year Research-status Report

新規マグネシウムイオン伝導性固体電解質の探索

Research Project

Project/Area Number 26630324
Research InstitutionOsaka Prefecture University

Principal Investigator

林 晃敏  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10364027)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2016-03-31
Keywords固体電解質 / マグネシウムイオン伝導体 / 全固体電池 / 硫化物 / メカノケミカル法
Outline of Annual Research Achievements

本研究では硫化物ガラスを中心に、高いマグネシウムイオン伝導性を示す固体電解質を開発することを目的としている。遊星型ボールミル装置を用いたメカノケミカル法の合成条件や組成を検討して、MgSを主成分として含むマグネシウムイオン伝導性硫化物ガラスを作製した。また導電率を増加させるために、多成分化や超イオン伝導相析出を目的とした結晶化についても検討した。
遊星型ボールミル装置を用いて、MgS-P2S5系ガラスの作製を行ったところ、MgSが60mol%までガラスの得られることがわかった。このガラスを母相としてMgI2を添加した(100-x)(0.6MgS・0.4P2S5)・xMgI2(mol%, 2 ≦ x ≦ 30)ガラスを作製した。これを結晶化させて得られたガラスセラミックスについては、全ての組成においてMg2P2S6に帰属できる回折パターンが観測された。得られたガラスおよびガラスセラミックスの粉末成型体の200℃における導電率は、ガラスの場合、MgI2を添加することで導電率が約2桁向上し、組成x=20で最も高い導電率3.3×10-8 S cm-1を示した。ガラスセラミックスにおいても組成x=20において最も高い導電率2.1×10-7 S cm-1を示した。また今回作製したガラスセラミックスのサイクリックボルタンメトリ-の結果から、マグネシウムの溶解・析出に起因する還元・酸化電流が繰り返し観測されることがわかった。
またMg2+イオン伝導性を示す柔粘性結晶の作製についても検討した。イオン性柔粘性結晶であるN,N-エチルメチルピロリジニウムビストリフルオロメタンスルホニルアミド(以下、P12TFSA)に、マグネシウム塩としてMg(TFSA)2を添加した電解質を作製した。交流インピーダンス測定の結果、イオン伝導体の挙動を示し、85P12TFSA・15Mg(TFSA)2 (mol%) は50 oCで7.7x10-7 Scm-1の導電率を示した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

硫化物系マグネシウムイオン伝導体としてMgS-P2S5-MgI2系ガラスセラミックスが、200℃で2.1×10-7 S cm-1の導電率を示すことを明らかにした。この導電率は、無機固体電解質の中では最も高い値である。また柔粘性結晶電解質についての検討にも着手し、50℃でマグネシウムイオン伝導性を示す電解質が得られてきている。よって本研究は予定通り進捗していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

硫化物系電解質については、組成系を検討することによって、より一層の導電率増大を図る。MgI2に代えてMgBr2などのハロゲン化物や様々なマグネシウム塩の添加効果について調べる。柔粘性結晶電解質については、50℃で導電率を示す材料が得られてきている。しかしながら、全固体電池へ応用するには導電率がまだ低い状況である。導電率向上に向けて、柔粘性結晶だけでなく、高分子材料についても検討を進める予定である。

  • Research Products

    (5 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Preparation of Magnesium Ion Conducting MgS-P2S5-MgI2 Glasses by a Mechanochemical Technique2014

    • Author(s)
      T. Yamanaka, A. Hayashi, A. Yamauchi and M. Tatsumisago
    • Journal Title

      Solid State Ionics

      Volume: 262 Pages: 601-603

    • DOI

      10.1016/j.ssi.2013.10.037

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] マグネシウムイオン伝導性ポリカーボネート系電解質の作製と評価2015

    • Author(s)
      山中智博・林 晃敏・辰巳砂昌弘
    • Organizer
      第53回セラミックス基礎科学討論会
    • Place of Presentation
      京都テルサ(京都府・京都市)
    • Year and Date
      2015-01-08 – 2015-01-09
  • [Presentation] メカノケミカル法を用いたMgS-MgBr2系固体電解質の作製2014

    • Author(s)
      山中智博・林 晃敏・辰巳砂昌弘
    • Organizer
      電気化学会2014年電気化学秋季大会
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2014-09-27 – 2014-09-28
  • [Presentation] マグネシウムイオン伝導性ピロリジニウム系柔粘性結晶の作製と特性評価2014

    • Author(s)
      山中智博・林 晃敏・辰巳砂昌弘
    • Organizer
      第9回日本セラミックス協会関西支部学術講演会
    • Place of Presentation
      大阪府立大学(大阪府・堺市)
    • Year and Date
      2014-07-25 – 2014-07-25
  • [Remarks] 大阪府立大学 大学院工学研究科 物質・化学系専攻 応用化学分野 無機化学研究グループ

    • URL

      http://www.chem.osakafu-u.ac.jp/ohka/ohka2/index.html

URL: 

Published: 2016-05-27  

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