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2016 年度 実績報告書

次世代二次電池を目指す新規Mgイオン伝導体の理論計算

研究課題

研究課題/領域番号 26420694
研究機関一般財団法人ファインセラミックスセンター

研究代表者

フィッシャー クレイグ  一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 上級研究員 (80524925)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードMgイオン伝導体 / Mgイオン二次電池 / 理論計算 / 第一原理計算 / 分子動力学法
研究実績の概要

平成28年度は、Mgイオン二次電池用電極材料となり得るMgFePO4FおよびMgMnPO4Fの第一原理計算を行い、バンドギャップ、欠陥構造、セル電位などの電池特性を評価した。また、Mgイオン固体電解質の結晶構造および電気特性の理論計算も実施した。近年報告されている高い伝導率をもつLiイオン・Naイオン伝導体はリン酸塩の材料系であるため、同様な結晶構造をもつMgリン酸化合物に注目した。Mgイオン電解質である擬NASICON型Mg0.5Zr2(PO4)3(MZP)の結晶構造は近年の実験で明らかにされたが、原子レベルでのMgイオン拡散機構やイオン拡散係数の詳細はまだわかっていない。本研究では結晶構造と伝導パス・伝導率の関係を明らかにするため、古典分子動力学(古典MD)計算、および第一原理分子動力学(FPMD)計算を行った。7000個の原子を含むセル(4x5x5スーパーセル)を用いた古典MD計算により、実験で示唆されているパスとは異なるMgイオン伝導パスがあることが明らかになった。280個の原子を含むセル(1x2x2スーパーセル)を用いたFPMDでも古典MDと同様な結果が得られ、新たな伝導パスの妥当性が確認できた。MZPのMgイオン伝導率はNASICON型Naイオン伝導体の伝導率より低いことがわかったが、本計算結果の詳細な解析により、Mgイオン伝導性を向上するための指針が得られた。更に今まで合成されてない化合物のMgイオン伝導性についても、理論計算を用いて検討を行った。Mgイオン伝導体のMgイオン拡散に関する情報は少ないため、本研究の成果は、優れたMgイオン伝導体の材料設計にとって、重要なマイルストーンとなると考えられる。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] バース大学(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      バース大学
  • [学会発表] Atomic-Scale Modeling of Sodium Ion Battery Cathode Materials2016

    • 著者名/発表者名
      Craig A.J. Fisher
    • 学会等名
      European Materials Research Society Fall Meeting 2016
    • 発表場所
      ポーランド、ワルシャワ
    • 年月日
      2016-09-20
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Atomic-Level Insights into Sodium-Ion Battery Material Na3±xV2(PO4)32016

    • 著者名/発表者名
      Craig A.J. Fisher
    • 学会等名
      3rd EPSRC Energy Materials Symposium
    • 発表場所
      イギリス、バース
    • 年月日
      2016-09-08
    • 国際学会
  • [学会発表] Atomic-Level Insights into All-Solid-State Lithium Ion Battery Materials2016

    • 著者名/発表者名
      Craig A.J. Fisher
    • 学会等名
      International Union of Materials Research Societies - International Conference on Electronic Materials 2016
    • 発表場所
      シンガポール
    • 年月日
      2016-07-08
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-01-16   更新日: 2022-02-16  

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