|
本研究は、Liイオン伝導性水素化物を固体電解質とする新型の高性能全固体電池開発への道を切り拓こうとするものである。そのために重要となるのが、LiBH4に代表される高いLiイオン伝導率を示す水素化物の高品質薄膜を作製し、電池性能を決定する界面におけるLiイオン挙動や界面化学反応を詳細に理解することである。そこで昨年度（平成27度）は、高品質薄膜成長の強固な研究土台を構築するために、高純度な水素ガスや高活性な水素プラズマを利用できる水素化物薄膜合成用の専用装置を開発した。またLiH薄膜成長をモデルケースとして、薄膜成長温度や成長時の水素ガス分圧が膜質に及ぼす効果などを調査して、高品質薄膜合成のノウハウを構築した。今年度（平成28年度）はこれらの研究基盤を活用して、従来技術では合成不可能であったLiBH4の高品質薄膜成長に挑戦した。以下に詳細を記す。
LiBH4は液体電解質並みの高Liイオン伝導率を示すため固体電解質として期待される水素化物である。そのため多くの研究者がスパッタ法やパルスレーザー堆積法などの汎用的な成長手法を用いた薄膜化に挑戦してきたが、成功例は皆無であった。なぜなら、これらの手法ではLiBH4をガス化させる際に加速イオン衝突などの高エネルギー課程を経る必要があり、その途中で結晶を形成する(BH4)-分子状クラスターが分解されてしまうからである。そこで申請者は、特殊な加熱手法を開発し、薄膜成長に適応したところ、(BH4)-クラスターの分解を抑制してLiBH4単相薄膜を得た。さらに、適切な単結晶基板と薄膜成長温度を選択することで、単結晶グレードでなおかつ平坦な表面を持つエピタキシャル薄膜の成長に成功した。現在はこの薄膜を用いて、粒界の影響を含まない材料本来のLiイオン伝導の評価や、界面抵抗の起源解明に向けた電極/LiBH4の多層薄膜構造の作製に取り組んでいる。
|
