2015 Fiscal Year Annual Research Report
全固体ナトリウム電池を指向したガラス系固体電解質の開発
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26289243
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
林 晃敏 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10364027)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 固体電解質 / 全固体電池 / ナトリウム電池 / ガラス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、Na3PS4固体電解質のPの一部をSnに置換したNa3PS4-Na4SnS4系ガラスセラミックスをメカニカルミリングとそれに続く熱処理によって作製し、作製した固体電解質に対して、局所構造について調べるとともに、イオン伝導性や化学的安定性を評価した。メカニカルミリング後の(100-x)Na3PS4･xNa4SnS4 (mol%)試料では、0≦x≦10の組成範囲において、立方晶Na3PS4が析出した。また、33.3≦x≦100の組成範囲においては、アモルファスの試料が得られた。それを熱処理して得られたガラスセラミックスのXRD測定の結果、0≦x≦10の組成範囲において、主な結晶相は立方晶Na3PS4であったが、その格子定数には変化がみられなかった。x=33.3の組成では、立方晶Na3PS4とNa6Sn2S7が析出し、x=95, 100の組成では、Na4SnS4だけでなくNa6Sn2S7など様々な結晶相が析出した。導電率はx=5組成で10-4 S cm-1以上であり、x=10～95組成においては、10-5 S cm-1オーダーの値を示した。x=100組成では、導電率は10-7 S cm-1と大きく減少した。大気暴露に伴う硫化水素発生量を測定したところ、x=5組成において硫化水素発生量が大幅に減少したことから、少量のSn置換が電解質の大気安定性向上に効果的であることが明らかになった。また液相法を用いた電解質合成についても検討し、N-メチルホルムアミドを溶媒に用いることによって、立方晶Na3PS4が得られることを明らかにした。さらにNa3PS4固体電解質の評価の一環として、これを用いた全固体ナトリウム－硫黄電池の試作を行ったところ、室温で充放電可能であることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
硫化物系固体電解質の中で高い導電率を示す立方晶Na3PS4の元素の一部を様々に元素置換することによって、導電率向上を目指して検討を継続している。これまでの検討結果から、元素置換に伴い、立方晶の格子定数が減少する場合には導電率が大きく減少することが明らかになった。Pの一部をSnに少量置換することによって、導電率は減少傾向を示したが、電解質の化学安定性が著しく向上することを見出した。今後、電解質の組成や作製手法を詳細に検討することによって、導電率と化学安定性を両立した電解質の作製が得られることが期待できる。また電解質を全固体電池へ応用したところ、室温で充放電が可能であることを確認した。メカノケミカル法などの固相法だけでなく、液相法を用いた電解質合成についても進捗が見られている。よって、本研究は順調に進行していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度に引き続き、立方晶Na3PS4の元素置換やNa含量の変化が、電解質の特性や構造に及ぼす影響について調べる。導電率と安定性を両立した電解質の開発を目指す。また液相法や気相法を用いたNa3PS4の作製についても検討する。作製条件を確立して、電解質の導電率や構造を調べるとともに、電極活物質への電解質コーティングに応用する。また得られた電解質を用いて全固体ナトリウム－硫黄電池を構築し、電解質の特性が電池特性に及ぼす影響について調べる。
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