高い導電率と安全性を両立したナトリウムイオン伝導性固体電解質の開発

开发兼具高电导率和安全性的钠离子导电固体电解质

• 批准号: 20J15636
• 负责人: 辻 史香
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Osaka Prefecture University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J15636/
• 关键词: 固体電解質; 全個体電池; 結晶; ガラス; 導電率; 安全性

高い大気安全性とイオン伝導性を示すNa3SbS4結晶電解質の、中心元素であるSbの一部をMoに置換し、Na欠損組成であるNa3-xSb1-xMoxS4組成を作製することで、高い安全性を維持したまま、イオン伝導度が増加することを明らかにした。前年度に見出した世界最高値の導電率を示すNa3-xSb1-xWxS4結晶電解質と合わせて行った解析の結果から、高い導電率を有する原因が、正方晶を有する母結晶に対し、よりイオン伝導に適した立方晶構造を有すること、また前指数因子がより高い値を有することにあるとわかった。また、Na3PS4結晶電解質においても、中心元素であるPの一部をWに置換し、ナトリウム欠損を導入したNa3-xP1-xWxS4組成が母結晶よりも高い導電率を示すことを見出した。加えて、自由体積を有し、高い成形性と導電率を示すガラス電解質について、平面三角形構造をもつBS33-を基本骨格とする硫化物ガラス電解質を開発した。固相合成およびメカノケミカル処理を用いた、ホウ素と硫黄の単体を出発原料としたNa3BS3ガラス電解質の作製が可能であることを見出した。Na3BS3ガラスの導電率は1.1×10-5 S cm-1であり、四面体構造であるPS34-を骨格とするNa3PS4ガラスの導電率よりも高い値を示すことを明らかにした。また、ガラスを熱処理することで析出した準安定結晶相が、安定相よりも高い導電率を示すことを見出した。本年度の研究成果として、4報の学術研究論文発表（共著論文を含む）、1件の国内学会オーラル発表に加え、1件の国際学会ポスター発表を行った。さらに、これらの成果が認められ、大阪府立大学学長顕彰等を受賞した。

通过用 Mo 取代具有高大气安全性和离子电导率的 Na3SbS4 晶体电解质的部分中心元素 Sb，形成具有缺钠成分的 Na3-xSb1-xMoxS4 组合物，我们实现了高安全性。结果表明，离子电导率在保持相同值的同时增加。结合去年发现的世界最高电导率的Na3-xSb1-xWxS4晶体电解质进行的分析结果发现，电导率高的原因是离子电导率高于人们发现，这是由于它具有适合的立方晶体结构。我们还发现，在Na3PS4晶体电解质中，部分中心元素P被W取代并引入钠空位的Na3-xP1-xWxS4组合物表现出比母晶更高的电导率。此外，我们还开发了以BS33-为基本骨架的硫化物玻璃电解质，其具有平面三角形结构，作为具有自由体积并表现出高成型性和导电性的玻璃电解质。我们发现可以使用简单的硼和硫作为起始材料，通过固相合成和机械化学加工来制造Na3BS3玻璃电解质。结果表明，Na3BS3玻璃的电导率为1.1×10-5 S cm-1，高于骨架为PS34-（四面体结构）的Na3PS4玻璃的电导率。他们还发现，热处理玻璃析出的亚稳态晶相表现出比稳定相更高的电导率。今年的研究成果包括四篇学术研究论文（含合着论文）、一篇国内会议口头报告、一篇国际会议海报展示。此外，为了表彰这些成就，他还获得了大阪府立大学校长表彰。

项目成果

Preparation and characterization of sodium-ion conductive Na3BS3 glass and glass?ceramic electrolytes

钠离子导电Na3BS3玻璃及微晶玻璃电解质的制备及表征

• DOI: 10.1039/d0ma00777c
• 发表时间: 2021
• 影响因子: 5
• 作者: Tsuji Fumika;Nasu Akira;Hotehama Chie;Sakuda Atsushi;Tatsumisago Masahiro;Hayashi Akitoshi
• 通讯作者: Hayashi Akitoshi

ナトリウムイオン伝導性Na3BS3ガラス電解質の作製と評価

钠离子导电Na3BS3玻璃电解质的制备及性能评价

• 发表时间: 2020
• 作者: 辻 史香;奈須 滉;作田 敦;辰巳砂 昌弘;林 晃敏
• 通讯作者: 林 晃敏

Preparation and characterization of sodium-ion conductive Na3BS3 glass and glass?ceramic electrolytes

钠离子导电Na3BS3玻璃及微晶玻璃电解质的制备及表征

• DOI: 10.1039/d0ma00777c
• 发表时间: 2021
• 影响因子: 5
• 作者: Tsuji Fumika;Nasu Akira;Hotehama Chie;Sakuda Atsushi;Tatsumisago Masahiro;Hayashi Akitoshi
• 通讯作者: Hayashi Akitoshi

Preparation of sodium-ion-conductive Na3-xSbS4-xClx solid electrolytes

钠离子导电Na3-xSbS4-xClx固体电解质的制备

• DOI: 10.2109/jcersj2.20089
• 发表时间: 2020
• 影响因子: 1.1
• 作者: Tsuji Fumika;Yubuchi So;Sakuda Atsushi;Tatsumisago Masahiro;Hayashi Akitoshi
• 通讯作者: Hayashi Akitoshi

ナトリウムイオン伝導性Na3BS3ガラス電解質の作製と評価

钠离子导电Na3BS3玻璃电解质的制备及性能评价

• 发表时间: 2020
• 作者: 辻 史香;奈須 滉;作田 敦;辰巳砂 昌弘;林 晃敏
• 通讯作者: 林 晃敏