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錯体水素化物のリチウムイオン伝導機構解明と材料開拓

研究課題

研究課題/領域番号 17H06519
研究種目

研究活動スタート支援

配分区分補助金
研究分野 構造・機能材料
研究機関東北大学

研究代表者

金 相侖  東北大学, 金属材料研究所, 助教 (20801442)

研究期間 (年度) 2017-08-25 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード全固体電池 / 固体電解質 / 超イオン伝導体 / 錯体水素化物 / 固体電解質/電極界面 / 水素化物 / リチウム電極 / イオン伝導 / 二次電池
研究成果の概要

本研究では、新規イオン伝導物性を有する錯体水素化物の創出を目指して、複数の錯イオンの固溶、錯イオン内の水素欠損といった錯体水素化物の新しい結晶構造制御指針の確立と構造無秩序高温相の室温安定化を行なった。類似の構造と同じ価数を有する[CB9H10]-と[CB11H12]-を分子レベルで共存化し意図的に構造を無秩序化することで、構造無秩序高温相の室温合成が可能となり、これまでの錯体水素化物固体電解質の中で最も高い6.7 × 10-3 S cm-1の室温伝導率を得ることに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

以下の特徴を持つ本研究は、錯体水素化物の特性改善だけでなく、新しい材料設計指針と新しい研究領域の開拓、という観点でも極めて将来性に溢れた研究として位置付けられる。
これまで錯体水素化物において全く報告例のない“錯イオンの分子レベルでの共存化”による新規材料物性の創出という、固体電解質材料の新たな指導原理を提案している。また、固体電解質研究の主流となっている酸化物や硫化物とは異なる物性を実現し、高い潜在性を持ちながらも蓄電池材料としての認識が限定的であった錯体水素化物の学術的・社会的価値を格段に高めるとともに、固体電解質としての材料科学・材料学問において新たな研究領域を切り拓くものと期待される。

報告書

(3件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 2件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 備考 (2件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] Full-cell hydride-based solid-state Li batteries for energy storage2019

    • 著者名/発表者名
      Latroche Michel、Blanchard Didier、Cuevas Fermin、El Kharbachi Abdelouahab、Hauback Bjorn C.、Jensen Torben R.、de Jongh Petra E.、Kim Sangryun、Nazer Nazia S.、Ngene Peter、Orimo Shin-ichi、Ravnsbaek Dorthe B.、Yartys Volodymyr A.
    • 雑誌名

      International Journal of Hydrogen Energy

      巻: 44 号: 15 ページ: 7875-7887

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2018.12.200

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Lithium ion conductivity of complex hydrides incorporating multiple closo-type complex anions2019

    • 著者名/発表者名
      N. Toyama, S. Kim, H. Oguchi, T. Sato, S. Takagi, M. Tazawa, G. Nogami, S. Orimo
    • 雑誌名

      Journal of Energy Chemistry

      巻: 38 ページ: 84-87

    • DOI

      10.1016/j.jechem.2019.01.009

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A complex hydride lithium superionic conductor for high-energy-density all-solid-state lithium metal batteries2019

    • 著者名/発表者名
      Kim Sangryun、Oguchi Hiroyuki、Toyama Naoki、Sato Toyoto、Takagi Shigeyuki、Otomo Toshiya、Arunkumar Dorai、Kuwata Naoaki、Kawamura Junichi、Orimo Shin-ichi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 10 号: 1 ページ: 1081-1081

    • DOI

      10.1038/s41467-019-09061-9

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Lithium ionic conduction in composites of Li(BH 4 ) 0.75 I 0.25 and amorphous 0.75Li 2 S・0.25P 2 S 5 for battery applications2018

    • 著者名/発表者名
      El kharbachi Abdelouahab、Hu Yang、Yoshida Koji、Vajeeston Ponniah、Kim Sangryun、Sorby Magnus H.、Orimo Shin-ichi、Fjellvag Helmer、Hauback Bjorn C.
    • 雑誌名

      Electrochimica Acta

      巻: 278 ページ: 332-339

    • DOI

      10.1016/j.electacta.2018.05.041

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Fast Lithium-Ion Conduction in Atom-Deficient closo-Type Complex Hydride Solid Electrolytes2018

    • 著者名/発表者名
      Kim Sangryun、Toyama Naoki、Oguchi Hiroyuki、Sato Toyoto、Takagi Shigeyuki、Ikeshoji Tamio、Orimo Shin-ichi
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials

      巻: 30 号: 2 ページ: 386-391

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.7b03986

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Origin of unusual spinel-to-layered phase transformation by crystal water2018

    • 著者名/発表者名
      Yang Eunjeong、Kim Heejin、Kim Sangryun、Kim In、Kim Jaehoon、Ji Hyunjun、Choi Jang Wook、Jung Yousung
    • 雑誌名

      Chemical Science

      巻: 9 号: 2 ページ: 433-438

    • DOI

      10.1039/c7sc04114d

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nanoscale Zirconium-Abundant Surface Layers on Lithium- and Manganese-Rich Layered Oxides for High-Rate Lithium-Ion Batteries2017

    • 著者名/発表者名
      Ahn Juhyeon、Kim Jong Hak、Cho Byung Won、Chung Kyung Yoon、Kim Sangryun、Choi Jang Wook、Oh Si Hyoung
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 17 号: 12 ページ: 7869-7877

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.7b04158

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Closo-type complex hydrides with cage-type complex anions for all solid-state battery electrolytes2018

    • 著者名/発表者名
      Sangryun Kim, Naoki Toyama, Hiroyuki Oguchi, Masahiro Shimad, Masaru Tazawa, Genki Nogami, Shin-ichi Orimo
    • 学会等名
      The 19th International Meeting on Lithium Batteries
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Complex hydride solid electrolytes for all solid-state batteries2018

    • 著者名/発表者名
      Sangryun Kim
    • 学会等名
      LiMBAT workshop on Metal hydrides - energy carriers in modern all-solid-state Li-ion batteries
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 錯体水素化物超リチウムイオン伝導体の開発2018

    • 著者名/発表者名
      金相侖,大口裕之,外山直樹,折茂慎一
    • 学会等名
      日本金属学会2017年秋季(第163回)講演大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] クロソ系錯体水素化物を用いた 超リチウムイオン伝導体の開発2018

    • 著者名/発表者名
      金相侖,大口裕之,外山直樹,野上玄器,折茂慎一
    • 学会等名
      第59回電池討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 錯体水素化物超リチウムイオン伝導体の 合成と電気化学特性2018

    • 著者名/発表者名
      金相侖,大口裕之,外山直樹,野口敬太,野上玄器,折茂慎一
    • 学会等名
      電気化学会第86回大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 水素化物系固体電解質を用いた 全固体リチウムイオン電池の研究開発 - クロソ系錯体水素化物のB-Hクラスターの物質設計 -2018

    • 著者名/発表者名
      金相侖,外山直樹,大口裕之,原田健太郎, 島田昌宏,野上玄器,折茂慎一
    • 学会等名
      電気化学会第85回大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] クラスターアニオン型錯体水素化物のリチウム欠損とイオン伝導特性2017

    • 著者名/発表者名
      金相侖,外山直樹,大口裕之,佐藤豊人,髙木成幸,池庄司民夫,折茂慎一
    • 学会等名
      第58回電池討論会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 新たなリチウム超イオン伝導材料を開発 ー 全固体電池の高エネルギー密度化を一気に加速 ー

    • URL

      https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2019/03/press-20190305-01-lithium-web.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] Highest energy density all-solid-state batteries

    • URL

      https://www.tohoku.ac.jp/en/press/all_solid_state_batteries.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [産業財産権] LiCB9H10の高温相を含むイオン伝導体およびその製造方法、並びに該イオン伝導体を含む全固体電池用固体電解質2018

    • 発明者名
      金相侖、折茂慎一、野口敬太、野上玄器
    • 権利者名
      金相侖、折茂慎一、野口敬太、野上玄器
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2018-156211
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [産業財産権] Li2B12H12およびLiBH4を含むイオン伝導体およびその製造方法、並びに該イオン伝導体を含む全固体電池用固体電解質2018

    • 発明者名
      野上玄器、島田昌宏、外山直樹、金相侖、折茂慎一
    • 権利者名
      野上玄器、島田昌宏、外山直樹、金相侖、折茂慎一
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2018-034929
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-08-25   更新日: 2020-03-30  

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