中性子・放射光X線散乱を用いた充放電中の蓄電池の伝導イオンの時空間流れの解明

使用中子和同步加速器 X 射线散射阐明蓄电池充电和放电过程中导电离子的时空流动

• 批准号: 20K05061
• 负责人: 福永 俊晴
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K05061/
• 关键词: 中性子散乱; X線回折; 原子構造; イオン伝導; 電池材料; MEM解析; BVS解析; 熱分析; Ｘ線回折

本研究は、J-PARC/MLFの中性子回折装置群(SPICA, S-HPRD, NOVA)や準弾性散乱装置DNAを活用し、固体電解質の構造を知るとともにイオン伝導経路を明らかにする。さらに、全固体電池の充放電中（オペランド実験）の構成物質（正極、負極、固体電解質）の原子配列の可視化を目指すとともに、原子レベルの伝導イオン経路の解明とその伝導イオンの動きも直接観察する。その解析において、BVSイメージング法を活用し、固体内のイオン伝導経路を可視化し、伝導イオンの流れを原子レベルで明らかにすることを目的としている。これまで、交流インピーダンス装置、X線回折装置および中性子回折装置群(SPICA, S-HPRD, NOVA)を利用して、新たに合成した固体電解質のイオン伝導特性、構造相転移および詳細な 結晶構造(室温、高温)の評価を行い伝導経路の解明を行ってきている。今回、メカニカルミリングおよび熱処理(573K)により(BaF2)x(SnF2)1-x試料を作製した。組成がx=0.54試料で最高のイオン伝導度が得られている。これらの試料の中性子回折実験データを用いてリートベルト解析を行った結果、PbSnF4に類似した結晶構造モデル（正方晶、空間群：P4/nmm）により良好なフィッティング結果を得ることができた。これにより、(BaF2)0.43(SnF2)0.57の結晶構造の中に「-SnSnMMSnSn-」層(M=Ba/Sn)が存在していることを明らかにした。さらに、フッ素の異方性温度因子の広がりから[-F1-F3-F1-]経路がフッ化物イオン伝導に寄与していると考えられる。

は, J - this study PARC/MLF の temper in inflexion device group (SPICA, S - HPRD, NOVA) や quasi 弾 sex scattered plant DNA を use し, solid electrolyte の structure を know る と と も に イ オ ン 伝 guide 経 road を Ming ら か に す る. さ ら に, all solid の battery charge and discharge (オ ペ ラ ン ド be 験) の composition (the positive and negative, solid electrolyte) の atomic arrangement の visualization を refers す と と も に, atomic レ ベ ル の 伝 guide イ オ ン 経 road の interpret と そ の 伝 guide イ オ ン の dynamic き も 観 directly examine す る. そ の parsing に お い て, BVS イ メ ー ジ ン を グ method use し, solid の イ オ ン 伝 を visualization し 経 road, 伝 guidance イ オ ン の flow れ を atomic レ ベ ル で Ming ら か に す る こ と を purpose と し て い る. こ れ ま で, ac イ ン ピ ー ダ ン ス device, X-ray inflexion device お よ び temper of inflexion device group (SPICA, S - HPRD, NOVA) を using し て, new た に synthetic し た solid electrolyte の イ オ ン 伝 conductivity characteristics, tectonic facies planning move お よ び detailed な crystal structure (room temperature and high temperature) の review 価 を line い 伝 guide 経 road の interpret を line っ て き て い る. Today, back メ カ ニ カ ル ミ リ ン グ お よ び hot 処 Richard (573 k) に よ り (BaF2) x (SnF2) 1 - x sample を cropping し た. The composition of the がx=0.54 test material で the highest <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> 伝 伝 伝 conductance が results in られて る る る. Temper in こ れ ら の sample の inflexion be 験 デ ー タ を with い て リ ー ト ベ ル ト line analytical を っ た results, PbSnF4 に similar し た crystal structure モ デ ル (tetragonal, the space group P4 / NMM) に よ り good な フ ィ ッ テ ィ ン グ results る を こ と が で き た. こ れ に よ り (BaF2), 0.43 (0.57 の SnF2) crystal structure in the の に "- SnSnMMSnSn -" layer (M = Ba/Sn) が し て い る こ と を Ming ら か に し た. さ ら に, フ ッ の different part temperature factor の hiroo が り か ら [-] - F1 - F3 - F1 経 road が フ ッ compound イ オ ン 伝 guide に send し て い る と exam え ら れ る.

项目成果

Examination of Morphological Changes of Active Materials for Solution-Based Rechargeable Fluoride Shuttle Batteries Using In Situ Electrochemical Atomic Force Microscopy Measurements

• DOI: 10.1021/acs.chemmater.2c01751
• 发表时间: 2022-09-04
• 期刊: CHEMISTRY OF MATERIALS
• 影响因子: 8.6
• 作者: Okazaki, Ken-ichi;Nakamoto, Hirofumi;Abe, Takeshi
• 通讯作者: Abe, Takeshi

Hysteresis of the charge transfer resistance between the charge and discharge processes obtained from electrochemical impedance measurements using a thin-film cathode for a lithium-ion cell

使用锂离子电池薄膜阴极进行电化学阻抗测量，获得充电和放电过程之间电荷转移电阻的滞后现象

• DOI: 10.1016/j.jelechem.2021.115675
• 发表时间: 2021
• 期刊: J. Electroanal. Chem
• 作者: T. Ohashi;T. Hirano;K. Okazaki;T. Fukunaga;and T. Abe
• 通讯作者: and T. Abe

BaF2-SnF2系フッ化物イオン伝導体のイオン伝導特性と構造

BaF2-SnF2基氟离子导体的离子传导性能及结构

• 发表时间: 2022
• 作者: 森一広;嶺重温;齊藤高志;大友季哉;安部武志;福永俊晴
• 通讯作者: 福永俊晴

CuF2を用いたバルク型全固体フッ化物イオン電池の充放電特性評価

CuF2散装型全固态氟离子电池充放电特性评价

• 发表时间: 2023
• 作者: T. Konishi;S. Ito ;Y. Oguro;下田景士，森田善幸，野井浩祐，福永俊晴，小久見善八，安部武志
• 通讯作者: 下田景士，森田善幸，野井浩祐，福永俊晴，小久見善八，安部武志

CaドープCeF3フッ化物イオン伝導体の電気化学特性と構造

Ca掺杂CeF3氟离子导体的电化学性能及结构

• 发表时间: 2022
• 作者: 森 一広;鳥居周輝;安部武志;福永俊晴
• 通讯作者: 福永俊晴