| 研究課題/領域番号 |
19H02428
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 長岡技術科学大学 |
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研究代表者 |
本間 剛 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (70447647)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2020年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2019年度: 12,870千円 (直接経費: 9,900千円、間接経費: 2,970千円)
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| キーワード | 二次電池 / 全固体電池 / ガラス / 結晶化 / レーザープロセス / 正極活物質 / 以上原子価 / 相分離 / レーザー照射 / ナトリウムイオン電池 / レーザー / 融着 / 固体電解質 / 異常原子価 / 酸化物 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
リン酸鉄ナトリウム結晶化ガラスを活物質とする酸化物系ナトリウム全固体電池を試作し、室温駆動に世界で初めて成功している。この全固体電池は固体電解質と活物質間に容易に接合界面を形成し界面抵抗の低減を達成している。さらに、製造時の接合プロセスから、充放電中まで一貫して無加圧プロセスを達成している。本研究では、代表者らが独自に進めてきた、酸化物結晶化ガラスによるナトリウムイオン電池材料について、全固体電池における特異な反応性について、超高圧充電に対する安定性について、モルフォロジーと電気化学的側面から解明し、さらなるエネルギー密度向上に向けた指針を示す。
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| 研究成果の概要 |
酸化物系ガラスおよび結晶化ガラスによる全固体ナトリウム電池を反応場とすることを基礎にして、新たなガラス及び結晶化ガラスの創製と、固体電解質との界面形成、および正極活物質の本質的な物性の解明を目的とし、遷移金属イオンを含有するアルカリリン酸塩ガラスの結晶化機構と、レーザープロセスによる界面形成を評価した。
Na2MP2O7 (M=Fe、Ni)ガラスの結晶化で、液系電解液は分解してしまうが、高い電位窓を持つ酸化物系固体電解質を用いることで、最大で4.8Vに酸化ピークを持つことを明らかにした。また活物質の前駆体ガラスにレーザー照射を照射することで、瞬時にガラスを溶融し、固体電解質との接合に成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
全固体電池とって、活物質と固体電解質および助剤との間の堅牢な界面の形成は重要な課題である。本研究では希少金属を用いない酸化物系全固体ナトリウムイオン電池において、レーザー照射による界面形成プロセスの優位性を示すことができた。さらに高い電位窓をもつ固体電解質を用いて、液系電池では達成不可能な4.5Vを超える電気化学的酸化反応を誘起できることを実証した。以上、本研究の成果は酸化物系全固体電池の課題を解決するだけでなく、まだ明らかにされていない材料探求の余地を広げた。
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