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State of Art Electrolyte materials for Novel Room Temperature All Solid State Fluoride ion Batteries

研究課題

研究課題/領域番号 19K15306
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分26040:構造材料および機能材料関連
研究機関東北大学

研究代表者

DORAI ARUNKUMAR  東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (10814874)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2021年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワードAll solid state battery / Solid Electrolyte / ion dynamics / 19F NMR / All Solid State Battery / Fluoride shuttle / Ionic Conductors / fluoride ion conductors / diffusion coefficient / solid electrolyte
研究開始時の研究の概要

The ion transport properties of a number of fluoride ion conducting solids will be evaluated mainly by 19F-PFG-NMR and impedance spectroscopy to develop all solid state room temperature fluoride ion batteries with high energy density ~ 5000 WhL-1 and high operating potential >5V. The ionic transport properties and ion diffusion mechanism will be identified by comparing the ionic conductivity and diffusion coefficient results. An all solid state fluoride ion battery will be developed using the identified solid electrolyte.

研究実績の概要

Fluoride ion conducting solid electrolytes were suitable for the development of all solid state fluoride ion battery were synthesized using mechanical milling process and the fluoride ion diffusion coefficient is studied using PFG-NMR. The 19F diffusion coefficient for PbSnF4 measured by PFG-NMR was 1 x 10-12 m2/s at 300 degree celcius. PbSnF4 changes structure from beta to gamma phase at high temperatures, the diffusion coefficient measured by PFG-NMR is attributed to the gamma phase of PbSnF4. By varying the Pb/Sn ratio in Pb1-xSnxF4 (x=0.4-0.6), the high temperature gamma phase was prepared at room temperature with an increase in ionic conductivity of 9.4 x 10-4 Scm-1 for x = 0.45 confirmed by ac impedance analysis. Our efforts to measure the diffusion coefficient using PFG-NMR at room temperature was not successful due to the very short T2 relaxation time.

報告書

(3件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件)

  • [学会発表] Insight into ion diffusion mechanism in highly conductive solid electrolytes using NMR2022

    • 著者名/発表者名
      Dorai Arunkumar, Kuwata Naoaki, Kawamura Junichi
    • 学会等名
      International virtual Conference on Advanced Materials for Sustainable Energy and Environment (ICANMEE-2022), Coimbatore, India
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Applications of NMR in Battery Research2022

    • 著者名/発表者名
      Dorai Arunkumar, Kawamura Junichi
    • 学会等名
      International Online Workshop on Materials Science and Computational Methods, Tiruchirapalli, India
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Evaluation of ion dynamics in fluoride ion conducting solid electrolytes using 19F NMR2021

    • 著者名/発表者名
      Dorai Arunkumar, Omata Takahisa, Kawamura Junichi
    • 学会等名
      47th Solid State Ionics Symposium, Tokushima, Japan
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] High Conducting Electrolytes for All Solid State Fluoride Ion Batteries2020

    • 著者名/発表者名
      Arunkumar Dorai, Nithya Hellar and Junichi Kawamura
    • 学会等名
      Indo-UK International Virtual Conference on Advanced Nanomaterials for Energy and Environmental Applications (ICANEE-2020)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Effect of Aliovalent doping in tysonite structured fluoride ion conductors2020

    • 著者名/発表者名
      Dorai Arunkumar and Kawamura Junichi
    • 学会等名
      第46回固体イオニクス討論会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Ion dynamics of fluoride ion conducting solid electrolytes using NMR2020

    • 著者名/発表者名
      Dorai Arunkumar, Nithya Hellar, Junichi Kawamura
    • 学会等名
      電気化学学会第87回大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-12-25  

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