2023 Fiscal Year Annual Research Report
Local ion conduction analyses at interfaces in solid-state electrolytes
Publicly Offered Research
| Project Area | Science on Interfacial Ion Dynamics for Solid State Ionics Devices |
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| Project/Area Number |
22H04613
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小林 亮 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70560126)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 分子動力学 / 固体電解質 / 全固体電池 / イオン伝導度 / 結晶粒界 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では，全固体電池のための固体電解質候補材料内部における種々の欠陥がイオン伝導に及ぼす影響を，分子動力学(MD)シミュレーションを用いて解明することを目的としており，具体的に次の2つの課題を設定した．(1)硫化物ガラス・セラミックス内のイオン伝導抵抗機構の解明，(2)酸化物固体電解質内の粒界イオン伝導抵抗機構の解明．
代表的な硫化物ガラス・セラミックスの固体電解質候補材料であるLPS（Li-P-Sの３元系）では，ボールミルで作成したガラスを熱処理して結晶相を析出することでガラス・セラミックスを作成でき，ある結晶化度においてリチウムイオン伝導度が極大値となることが知られている．しかしながら，そのメカニズムに関しては分かっていない．本研究では，結晶・非晶質が混在するモデルで非平衡MDシミュレーションを行って，結晶・非晶質界面における局所イオン伝導度を解析した．その結果，ガラス内に結晶相が析出すると周辺には局所的な引張応力場が発生すること，引張応力場においてLiイオン伝導度が50%程度上昇することが示された．このことから，たとえガラスから析出する結晶相が低イオン伝導相であっても，周辺ガラスの引張応力場においてイオン伝導度が上昇する可能性があること，結晶化度が上昇すると低イオン伝導相の割合が増えるために全体のイオン伝導度が減少するため，イオン伝導度が極大となる結晶化度が存在する，という実験結果を説明することに成功した．
酸化物固体電解質内の粒界イオン伝導抵抗機構に関しては，従来は例がなかったランダム粒界を含む多結晶体の大規模モデルの中で，イオン流の非平衡MDシミュレーションを行い，粒内と粒界でどのようにイオンが流れるか，粒界のどこを通っていくか，イオン伝導抵抗となる粒界における原子構造は何かを明らかにした．
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| Research Progress Status |
令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。
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