| 研究課題/領域番号 |
16K18232
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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 |
三好 正悟 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, 主任研究員 (30398094)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | プロトン伝導 / セラミクス / 粒界抵抗 / 空間電荷層 / 燃料電池 / リチウムイオン伝導 / 全固体二次電池 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は，プロトンなどのイオン欠陥種を伝導キャリアとする酸化物多結晶体における粒界輸送抵抗について，その原因が粒界コア正電荷に由来する粒界近傍のキャリア欠乏層であるとする空間電荷モデルの立場から，多結晶体作製プロセスの最適化により粒界抵抗の低減を実現することを目的としている．
初年度は，化学的安定性に優れ粒内（バルク）におけるプロトン伝導性は非常に良好であるものの著しく高い粒界抵抗を示すBa(Zr,Y)O3系酸化物を対象とし，強酸化焼結による粒界コア正電荷の制御を検討するための前段階として，常圧における酸化性/還元性雰囲気下における焼成等の準備を行った．また，同様のメカニズムにより顕著な粒界抵抗が生じると推測されるリチウムイオン伝導性酸化物ついても同一技術課題の解決が強く求められる材料系と位置付け，予備検討を行った．具体的には，ガーネット型構造を有するLi6.25La3Zr2Al0.25O12（LLZA）について焼成条件の検討を行いつつ交流インピーダンス法による伝導特性の評価を行った．その結果，インピーダンスプロットにおいて容量性の円弧とPt電極の不可逆性に由来するワールブルグインピーダンスが観測され，容量から求めた比誘電率の大きさから観測された円弧は粒界におけるインピーダンスに対応することが示唆された．リチウムイオン伝導性酸化物については，LLZAや，その母相であるLLZおよびLi0.33La0.55TiO3 (LLT)などにおいても欠陥化学特性や粒界伝導特性を含めた基礎的な伝導特性は十分に明らかになっておらず，これらを含めた基礎特性を明らかにしつつ多結晶体作製プロセスの最適化を検討することにより粒界抵抗低減のための指針が得られることが期待される．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
初年度においては，粒界抵抗低減手法として検討する強酸化焼結の前段階として，常圧における酸化性/還元性雰囲気下における焼成等の準備を行うとともに，共通の技術課題を有する全固体二次電池用リチウムイオン伝導性酸化物の基礎特性評価を行ったが，強酸化焼結実験の実施には至らなかったため．
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| 今後の研究の推進方策 |
現在までの進捗状況は，研究代表者の異動に伴い実験環境を新規に構築する必要が生じたことと，異動後の所属部局における研究開発の状況からプロトン伝導性酸化物と同様に粒界抵抗の低減が求められるリチウムイオン伝導性酸化物も研究対象として加え，その事前準備を行ったことを反映している．実験環境は既に整っており，今後はプロトン伝導性酸化物について当初計画に従い強酸化焼結実験を実施するとともに，リチウムイオン伝導性酸化物についても基礎特性および多結晶体作製プロセスが伝導特性に及ぼす影響を評価し，粒界抵抗低減のための基礎となる指針を得るべく研究を推進する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
強酸化焼結実験の実施を延期したため，予定した消耗品費の多くを占める貴金属類やヒーターなどの支出が少なかったため，次年度使用額が生じた．また，多結晶体作製に供するプロトン伝導性酸化物粉末について，当初計画ではゾルゲル法による合成を予定していたが，現有する市販粉末が使用可能であることが見込まれたため，粉末合成のための試薬類の支出が不要となった．
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| 次年度使用額の使用計画 |
平成29年度以降に実施する強酸化焼結実験において必要となる消耗品に充てるとともに，プロトン伝導性酸化物の市販粉末利用により生じた未使用額については，新たに扱うこととなったリチウムイオン伝導性酸化物の劣化を防いで適切に取り扱い・保管するための器具類購入に充てる．
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