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

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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。