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Design Principles of Solid-state Fast Ion Conductors

固态快离子导体的设计原理

基本信息

批准号：
22KF0022
负责人：
折茂慎一
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

現在のエネルギーと環境問題から注目されている全固体蓄電池に必要な高速イオン伝導体の開発指針を分子動力学シミュレーションから確立することを目的に、種々のタイプのイオン伝導体についての分子動力学計算を行った。高いイオン伝導性を示すクロソボラン系の水素錯体では、アニオン（負イオン）が回転することで秩序－無秩序の構造転移が起こり、この転移する温度を低くすることが実用上重要であるが、そのためにはイオンサイズの大きなカチオン（リチウムイオンなどの正イオン）を含むことが有効であることを見出した。しかし、大きなカチオンは、イオン伝導経路を通過するのに抵抗が大きくなる傾向にあるが、大きな結晶セルを用いることでこれを避けることが示唆された。ハニカム型の層状のイオン伝導体では、リチウムイオンなどのカチオンの存在している層の間隔を大きくすると指数関数的にそのイオンの伝導性が高くなることを、ニッケルあるいは鉄を含むテルル酸化物で、分子動力学シミュレーションから見出した。また、これらではイオンがリング状に遷移する興味ある機構の存在も見出した。アニオン回転型の高速イオン伝導体は、アニオンの回転によるエントロピー効果で、同時に巨大な圧力誘起熱効果を示すことも見出した。この効果の値が大きいことから固体の冷媒として利用できる可能性がある。一般に普及している冷却装置あるいはヒートポンプでは温室効果ガスを利用するが、固体の熱冷媒に置き換えることでこの温室効果ガス漏洩の問題を避けられる。高いイオン伝導性を示すホウ素水素錯体では、大きな圧力誘起熱効果だけでなく、実稼働に必要な温度・圧力条件が適正にバランスしてその効果を示すことを見出した。これらが、アニオンの回転効果と低い振動数領域の特性によることを明らかにした。

The development of all solid state batteries requires high speed and high conductivity. Molecular dynamics calculations are used to determine the development of all solid state batteries. High conductivity shows that the water element of the system is wrong, and the structure of the system is not orderly. The temperature of the system is low. The temperature of the system is low. The temperature of the system is high. The temperature of the system is low. The temperature of the system is high. The temperature of the system is high. The temperature of the system is low. The temperature of the system is high. The temperature of the system is low. The temperature of the system is high. The temperature of the system is high. The resistance of the transmission path is large, and the crystal path is large. The layer structure of the layered conductor has a high conductivity, and the layer spacing is large. The exponential relationship between the layer structure and the layer structure has a high conductivity. The existence of the organization is not obvious. The high speed transmission of the high speed transmission line of the high speed transmission line of the high speed transmission line The result of this is that the possibility of solid refrigerant utilization is high. The general popularity of cooling devices, such as the use of thermal freon, solid heat exchange, such as the leakage of greenhouse effect to avoid the problem High temperature and high pressure conditions are necessary to demonstrate the proper conductivity of the element. The characteristics of the vibration field are: