研究課題
次々世代型の蓄電デバイスとして安価で豊富な硫黄の利用を念頭に、性能を左右する構成材料間の界面(interface)と、その界面に生成する分解生成物(interphases)に着目して研究を展開した。とりわけ、電子的にもイオン的にも絶縁性である活物質の利用に向けた高い界面濃度を有する複合体中では、この界面近傍での現象が複合体内部でのマクロなキャリア輸送を大きく左右する。これまでは単一の電解質、特に硫化物固体電解質を利用した際の、電圧印加に伴う界面状態変化とその生成物の観測を行ってきた。硫化物固体電解質の硫黄アニオン格子の酸化に起因する固体電解質の分解がイオン伝導度の低いinterphasesを形成し、これがマクロなイオン輸送を妨げることが明らかとなってきた。複合体内部のイオン輸送を印加電位の関数で定量化したことによる成果である。固体電解質の酸化により生成する分解生成物は、利用した固体電解質構造では存在しない硫黄間の結合をもつアモルファス状の化合物であることも、分光計測から明らかとした。最終年度ではとくに、硫化物固体電解質よりも高い電気化学的安定性を有し、かつ室温での圧縮成形によりイオン伝導経路を確保することのできるハロゲン化物固体電解質を利用した際の化学的・電気化学的安定性について検討した。理論的に予測されるように、ハロゲン化物固体電解質の酸化耐性が硫化物固体電解質のそれより高いことが、実験的に確認された。しかし、ハロゲン化物固体電解質は硫化物との界面ではアニオン元素の相互拡散が生じ、化学的安定性の欠如からinterphasesを生じることがTOF-SIMSの計測から明らかとなった。この現象は正極にハロゲン化物、電解質層に硫化物を用いた際にはその界面で顕著であるが、固体電解質層の二重層化、すなわち正極側にハロゲン、負極側に硫化物を配置することで低減できることも明らかとした。
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すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件) 備考 (3件)
Advanced Energy Materials
巻: 13 ページ: 2203673～2203673
10.1002/aenm.202203673
Nature Energy
巻: 7 ページ: 686～687
10.1038/s41560-022-01084-9
https://www.kyushu-u.ac.jp/ja/researches/view/768
https://www.kyushu-u.ac.jp/ja/researches/view/898
https://news.mynavi.jp/techplus/article/20220613-2367196/
