エピタキシャルフッ化物薄膜電池のモデル界面を活用したフッ素の輸送機構解明

利用外延氟化物薄膜电池模型界面阐明氟传输机制

基本信息

批准号：
22H01953
负责人：
清水亮太
金额：
$ 11.23万
依托单位：
The University of Tokyo (2023)Tokyo Institute of Technology (2022)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、全固体フッ化物イオン電池における電極・電解質材料内部やそれらの界面でのフッ素輸送機構のボトルネック解消に向け、薄膜技術を活用した全エピタキシャルモデル電池の作製と評価を目指している。2023年度は、不純物置換量も含めた任意組成のフッ化物成膜に対応できるエピタキシャル成膜技術の開発に取り組んだ。具体的には、予め原料ターゲットの組成制御が容易なスパッタ法に着目し、「ターゲット作製」「成膜時のフッ素欠損抑制」「エピタキシャル成長」のそれぞれの素過程の確立を行った。対象とした材料は、固体電解質のLa1-xBaxF3-xであり、所望の組成(x=0, 0.05, 0.10, 0.20)のLaF3とBaF2を秤量し、粉砕混合・圧粉成型によるスパッタ向けのターゲット作製が可能であることを見出した。フッ素欠損の抑制には、CF4ガスを成膜中に部分的に混合することが有効であることを確認した。これらの過程を踏まえた反応性スパッタ法により、CaF2(111)単結晶基板上にLa1-xBaxF3-x(x=0, 0.05, 0.10, 0.20)エピタキシャル薄膜の作製に成功した。なお、バルクにおいてはx=0.20ではタイソナイト型と蛍石型に相分離することが知られているが(固溶限界)、蛍石型のCaF2(111)基板上では、単一の蛍石型La0.80Ba0.20F2.8(111)エピタキシャル薄膜が得られ、エピタキシャル安定化の効果を示すことができた。これらのエピタキシャル薄膜のF-イオン伝導度を測定したところ、~10-5 Scm-1(@室温)を得た。これは、バルク材料と同等であり、全固体フッ化物電池への転用が十分可能である。このように、望みのフッ化物の原料ターゲットを容易に作製できること、十分なF-イオン伝導度を有するエピタキシャル薄膜が得られたことから、来年度への順調な進捗が期待できる結果である。

这项研究旨在使用薄膜技术制造和评估所有外延模型电池，以消除电极和电解质材料内部氟传输机构中的瓶颈以及所有固态氟离子电池的接口。在2023财政年度，我们致力于开发外延膜形成技术，该技术可以容纳任意组成的氟化物膜形成，包括杂质替代量。具体而言，着重于溅射方法，这些方法可以轻松控制原材料靶标的组成，“目标制备”的基本过程，“膜形成过程中氟缺陷抑制”，以及“外延生长”。建立了。靶向的材料是LA1-XBAXF3-X，一种固体电解质，发现可以称量具有所需组成的LaF3和BAF2（X = 0，0.05，0.10，0.20），以创建通过研磨和混合和混合和压缩的溅射目标。已证实，在膜形成过程中，CF4气体的部分混合有效抑制氟缺乏症。使用反应性溅射方法考虑了这些步骤，在CAF2（111）单晶基板上成功制造了LA1-XBAXF3-X（X = 0，0.05，0.10，0.20）。众所周知，在X = 0.20（实心溶液极限）时，牙索石和氟）类型之间的相位分离，但在氟含量的Caf2（111）底物上，单个氟）型LA0.80.80BA0.20.20F2.8（111）的外延薄膜获得了同学稳定性的影响。测量了这些外延薄膜的F-ION电导率，并〜10-5 SCM-1（@Room温度）。这相当于散装材料，可用于将其转换为全纤维化氟化物电池。因此，可以轻松地产生所需的氟化物原料靶标，并且已经获得了足够的F-ION电导率的外延薄膜，从而可以期望明年稳定进展。