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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01953/
• 关键词: 金属フッ化物; エピタキシャル薄膜; 全固体電池; フッ化物イオン電池; エピタキシャル成長; 薄膜物性; 固体イオニクス

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。

This study で は, total solid フ ッ compound イ オ ン battery に お け る electrode, electrolyte materials internal や そ れ ら の interface で の フ ッ element transportation agency の ボ ト ル ネ ッ ク null に け, thin-film technology を use し た full エ ピ タ キ シ ャ ル モ デ ル と review the battery の cropping 価 を refers し て い る. 2023 annual は quantity replacement, not pure material contains も め た of arbitrary の フ ッ compound film に 応 seaborne で き る エ ピ タ キ シ ャ ル film-forming technology の open 発 に group take り ん だ. Specific に は, to め materials タ ー ゲ ッ ト の of suppression が easy な ス パ ッ タ に the mesh し, "タ ー ゲ ッ ト as" "film の フ ッ element owe loss of inhibition" "エ ピ タ キ シ ャ ル growth" の そ れ ぞ れ の element process line の established を っ た. Like と seaborne し は た materials, solid electrolyte の La1 xBaxF3 - x で あ り, promise の composition (x = 0, 0.05, 0.10, 0.20) の LaF3 と BaF2 を weighing し, powder 砕 mixed · 圧 powder molding に よ る ス パ ッ タ to け の タ ー ゲ ッ ト cropping が may で あ る こ と を see out し た. Owe フ ッ element loss の inhibit に は and CF4 ガ ス を に part of film-forming に mixing す る こ と が have sharper で あ る こ と を confirm し た. を こ れ ら の process step ま え た anti 応 sex ス パ ッ タ method に よ り, CaF2 単 (111) crystal substrate に La1 xBaxF3 - x (x = 0, 0.05, 0.10, 0.20) エ ピ タ キ シ ャ ル に successful the film の cropping し た. な お, バ ル ク に お い て は x = 0.20 で は タ イ ソ ナ イ ト type と 蛍 stone separating type に す る こ と が know ら れ て い る が type (solid solution limit), 蛍 stone の CaF2 (111) substrate で は, 単 の 蛍 stone type La0.80 Ba0.20 f (111) エ ピ タ キ シ ャ ル film が must ら れ, エ ピ タ キ シ ャ ル The stabilization effect を shows that す た とがで た た. こ れ ら の エ ピ タ キ シ ャ ル film の F - イ オ ン 伝 conductance を determination し た と こ ろ, 1 ~ 10 - Scm 5 - (@) at room temperature を た. こ れ は, バ ル ク material と equal で あ り, total solid フ ッ compound battery へ の planning with が very possible で あ る. こ の よ う に, み の フ ッ compound の materials タ ー ゲ ッ ト を easy に cropping で き る こ と, very な F - イ オ ン 伝 conductance を have す る エ ピ タ キ シ ャ ル film が must ら れ た こ と か ら, to annual へ の suitable adjustable な into 捗 が expect で き る results で あ る.

项目成果

CF4支援マグネトロンスパッタ法による La1-xBaxF3-xエピタキシャル薄膜作製と評価

CF4辅助磁控溅射法La1-xBaxF3-x外延薄膜制备及评价

• 发表时间: 2022
• 作者: 深津圭佑;清水亮太;XinDai;大井あすか;小林成;西尾和記;一杉太郎
• 通讯作者: 一杉太郎

CF4支援反応性スパッタ法による La1-xBaxF3-xエピタキシャル薄膜作製とF-伝導特性評価

CF4辅助反应溅射La1-xBaxF3-x外延薄膜的制备及F电导性能评价

• 发表时间: 2022
• 作者: 深津圭佑;清水亮太;大井あすか;小林成;西尾和記;一杉太郎
• 通讯作者: 一杉太郎