2020 年度研究成果報告書

単一粒界のイオン導電率計測による伝導機構の解明

研究課題

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研究課題/領域番号	18K04708
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分26020:無機材料および物性関連
研究機関	長崎大学
研究代表者	山田博俊長崎大学, 工学研究科, 准教授 (10359961)
研究期間 (年度)	2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード	粒界 / イオン伝導体 / 単一粒界
研究成果の概要	本研究では，リチウムイオン伝導体の単一粒界におけるイオン導電率を測定する手法の確立と，イオン導電機構の解明を目指した。まず固体電解質の単一粒界のイオン導電率を測定するための装置を整備し，直径10～50 μmの電極を所望の位置に形成できるようになった。一方で，固相焼結法により作製された数10～500 μm程度の粗大粒子で構成されるガーネット型リチウムイオン伝導体の緻密焼結体を得，これに対して，マイクロスコープによる観察下で，単一粒界におけるイオン伝導性の計測，温度依存性の解析に成功した。今後さらなる精度向上やデータの蓄積により，個々の粒界構造と伝導性との相関解明が期待される。
自由記述の分野	固体電気化学
研究成果の学術的意義や社会的意義	固体電解質は，二次電池や燃料電池などの電気化学デバイスに応用されている。デバイスに用いられる固体電解質は焼結体であり，イオン伝導性は，粒内と粒界の両方の伝導性に影響を受ける。粒内におけるイオン伝導性に関しては，高イオン伝導性を示す結晶構造の探求や伝導機構の解明がなされてきた。一方，粒界におけるイオン伝導性は，個々の試料や試料の焼結方法に強く依存することから，系統的な研究がなされていなかった。本研究は，単一の粒界におけるイオン伝導性を初めて測定することに成功した。精度の向上とデータの蓄積により粒界のイオン伝導性の理解を深めることを可能にするとともに，電気化学デバイスの特性向上に資する。