| 研究課題/領域番号 |
21H01818
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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29020:薄膜および表面界面物性関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
石田 暢之 国立研究開発法人物質・材料研究機構, マテリアル基盤研究センター, 主幹研究員 (10451444)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2023年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2022年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2021年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
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| キーワード | ケルビンプローブフォース顕微鏡 / 全固体リチウムイオン電池 / 空間電荷層 / 局所インピーダンス計測 / ケルビンプローブ力顕微鏡 / qPlus sensor / 電位計測 / 固体電解質 / 粒界抵抗 / 界面抵抗 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
全固体リチウムイオン電池はカーボンニュートラルの切り札となる有望な次世代蓄電池技術である。しかし現状では、イオン伝導抵抗が高く、電力密度が低い（大きな電流を取り出せない）ことが実用化の大きな妨げとなっている。この抵抗成分は、電池内のいくつかの界面（正極－固体電解質界面や固体電解質中の結晶粒界）で生じることが知られている。本研究では、先端電位計測技術を駆使して、この界面抵抗の起源の解明を試みる。得られた知見をもとに、界面抵抗が生じるメカニズムを明らかにし、物理・化学的理解に根ざした電池設計指針を獲得することを目指す。
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| 研究成果の概要 |
有望な次世代蓄電技術である全固体リチウムイオン電池では、界面や粒界で生じる高いイオン伝導抵抗が実用化の妨げとなっている。イオン伝導抵抗の低減には、「界面抵抗の起源解明」、「それを可能とする界面抵抗の精密計測技術」が重要である。本研究では、ケルビンプローブフォース顕微鏡技術を基盤としたナノスケール電位計測技術を発展させ、「界面抵抗の起源と考えられている空間電荷層の精密計測」および、「単一粒界抵抗計測を実現する局所インピーダンス計測手法の開発」を行った。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で得られた成果は電極－固体電解質界面で生じる空間電荷層に関する新しい知見を提供する。固体のイオン伝導体中で生じる空間電荷層の形成メカニズムは実験的検証が不足していることもあり、その学術的な意義は大きい。また、空間電荷層はイオン伝導の阻害要因と考えられており、全固体電池における界面抵抗の起源解明のための一つの知見を提供する。そのため、全固体電池開発において、界面抵抗低減のための界面設計・構造制御技術開発の一助となり得る。
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