Creation of new high-performance fluoride ion conductors using double salts

使用复盐创建新型高性能氟离子导体

基本信息

批准号：
21K14422
负责人：
川原一晃
金额：
$ 2.91万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的はフッ化物電池の室温駆動のために、複塩を用いた高いFイオン伝導度を示す固体電解質を創生することである。KFとSbF3の複塩(KSbF4)を加熱すると、沸点の低いSbF3が蒸発し、結晶内にF空孔が導入され、イオン伝導度が向上する。本年度はイオン伝導経路を拡張する目的でKSbF4にCsを添加し、イオン伝導度の向上を試みた。様々な組成のK1-xCsxSbF4(0<x<0.2)を合成し、伝導度の組成依存を調査した。x=0.08でイオン伝導度はKSbF4に比べて増加し、x=0.08で最大となった。室温におけるKSbF4の結晶粒内、粒界の伝導度はそれぞれ1.6×10-5 Scm-1、5.5×10-6 Scm-1であったのに対し、x=0.08では1.1×10-4 Scm-1、8.1×10-4 Scm-1であり、KSbF4に比べて伝導度が1桁向上した。一方でx > 0.08ではイオン伝導度はKSbF4に比べて低下した。以上から、組成を最適化することで、伝導度を大きく向上可能であることがわかった。また、電子顕微鏡を用いたフッ化物イオン伝導体の原子分解能観察手法の開発を行った。材料の微細構造解析はイオン伝導メカニズム理解のために重要であり、新材料開発の指針となる。しかし、フッ化物イオン伝導体は電子線に弱く、損傷を避けるために低電子ドーズ量で観察を行う。したがって、原子構造解析を行うには、ドーズ量低下に伴うノイズの除去が必要である。本研究では、固体電解質の骨格構造の一つである蛍石(CaF2)をモデル試料とし、全三階変動正則化を用いたノイズ除去法を提案した。STEM像のコントラストに対応するエントロピーを定義し、最大エントロピー原理に基づいてハイパーパラメータを決定した。ノイズ除去によりF原子が明瞭に可視化され、Fの原子位置を±4 pmの精度で決定することが可能となった。

本研究的目的是使用复盐制造具有高氟离子电导率的固体电解质，用于氟化物电池的室温运行。当加热KF和SbF3的复盐（KSbF4）时，低沸点的SbF3蒸发，并且将F空位引入晶体中，从而提高离子电导率。今年，我们在KSbF4中添加了Cs，以扩大离子传导路径，并尝试提高离子电导率。我们合成了具有不同成分的 K1-xCsxSbF4 (0<x<0.2)，并研究了电导率对成分的依赖性。当x=0.08时，离子电导率与KSbF4相比有所增加，并在x=0.08时达到最大值。 KSbF4的室温晶内电导率和晶界电导率分别为1.6×10-5 Scm-1和5.5×10-6 Scm-1，而x=0.08时分别为1.1×10-4 Scm-1、8.1× 10-4 Scm-1，电导率比KSbF4提高了一个数量级。另一方面，当x>0.08时，与KSbF4相比，离子电导率降低。由上可知，通过优化组成可以大大提高导电率。我们还开发了一种使用电子显微镜观察氟离子导体的原子分辨率观察方法。材料的微观结构分析对于理解离子传导机制非常重要，并可作为新材料开发的指南。然而，氟离子导体对电子束敏感，需要在低电子剂量下进行观察以避免损坏。因此，为了进行原子结构分析，需要去除伴随剂量减少而产生的噪声。在本研究中，我们使用固体电解质骨架结构之一的萤石（CaF2）作为模型样本，提出了一种利用全三阶涨落正则化的噪声去除方法。我们定义了STEM图像对比度对应的熵，并根据最大熵原理确定了超参数。通过消除噪声，F原子清晰可见，并且可以以±4 pm的精度确定F原子位置。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Rb添加KSbF4のフッ化物イオン伝導

Rb 掺杂 KSbF4 中的氟离子传导

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Guangchong Ji;Yusuke Kanno,and Takasi Nisisako;Izuru Kawamura,Hisako Sato;Kawahara Kazuaki Ishikawa Ryo Shibata Naoya Ikuhara Yuichi
通讯作者：
Kawahara Kazuaki Ishikawa Ryo Shibata Naoya Ikuhara Yuichi

Rb添加KSbF4(K1-xRbxSbF4)のフッ化物イオン伝導

Rb 掺杂 KSbF4 (K1-xRbxSbF4) 的氟离子传导

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Guangchong Ji;Yusuke Kannno;and Takasi Nisisako;Kawahara Kazuaki Ishikawa Ryo Shibata Naoya Ikuhara Yuichi
通讯作者：
Kawahara Kazuaki Ishikawa Ryo Shibata Naoya Ikuhara Yuichi

Atomic-resolution STEM image denoising by total variation regularization