メカノケミカル合成前の手混ぜで固体電解質の性能が劇的に向上 ～「予備混合」の効能を実証～

メカノケミカル合成前の手混ぜで固体電解質の性能が劇的に向上～「予備混合」の効能を実証～

2024年12月20日 14:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇多元物质科学研究所　准教授　大野真之

【発表のポイント】

メカノケミカル合成前に试薬を乳鉢と乳棒で短时间手混合するだけで、固体电解质の性能が剧的に向上。
手混合により结晶化挙动が変化し、固体电解质のイオン伝导度が最大で1桁向上。
この発见は、効率的?论理的な新规电解质材料の探索、ひいては全固体电池开発の加速に繋がる。

【概要】

北海道大学大学院工学研究院の藤井雄太助教、叁浦　章准教授、东北大学多元物质科学研究所の大野真之准教授、岛根大学材料エネルギー学部の尾原幸治教授、サカリア大学のアブデュルガディル?カジラスラン助教、広岛大学大学院先进理工系科学研究科の森吉千佳子教授、高辉度光科学研究センターの河口彰吾主干研究员らの研究グループは、次世代电池である全固体电池に用いられる固体电解质において标準的な手法であるメカノケミカル合成について、短时间の手混合（手混ぜ）によって合成された固体电解质のイオン伝导度が剧的に変化することを発见しました。

近年、高エネルギー密度と高い安全性を兼ね备えた全固体电池が、电気自动车やモバイル机器の次世代电源として注目を集めています。この全固体电池の実现には、高いイオン伝导度を持つ固体电解质の开発が不可欠です。

研究グループは、固体电解质のメカノケミカル合成において、これまで见过ごされてきた「予备混合（premixing）」工程の重要性を初めて体系的に明らかにしました。予备混合とは、ボールミリングを行う前に、原料粉末を乳鉢と乳棒で混合するだけの简単な工程です。

惊くべきことに、このシンプルな予备混合の有无が、合成される固体电解质の构造やイオン伝导度に剧的な影响を与えることが分かりました。例えば、硫化物系固体电解质Li?P?S??やハロゲン系固体电解质NaTaCl₆の合成において、予备混合を行うことでイオン伝导度が大幅に向上することを実証しました。

予备混合の効果は、NMR、PDF解析、SEM観察などを用いた详细な分析により、原料の均一性と密接に関係していることが示唆されました。予备混合を行わない场合、原料の局所的な不均一性が生じ、これが最终生成物の特性のばらつきに繋がると考えられます。さらに、ボールミリングにおいて、原料の机械的特性の违いによる粉砕媒体への付着性の差も、组成の不均一性の一因となる可能性を指摘しました。

なお、本研究成果は2024年12月16日（月）に公开の米国化学会誌ACS Energy Lettersにオンライン掲载されました。

図1．予备混合の様子。

【论文情报】

タイトル：The Detail Matters: Unveiling Overlooked Parameters in the Mechanochemical Synthesis of Solid Electrolytes（細部が肝：固体電解質合成における見落とされた重要パラメータの発見）
著者：Abdulkadir K?z?laslan¹、Mustafa ?elik¹、藤井雄太^2,*、黄　錚^3,4、森吉千佳子⁵、河口彰吾⁶、广井　慧⁷、尾原幸治⁷、安藤真理子⁸、忠永清治²、大野真之^3,4,*、叁浦　章^2,*（¹サカリア大学、²北海道大学大学院工学研究院、³东北大学多元物质科学研究所、⁴九州大学大学院工学研究院、⁵広岛大学大学院先进理工系科学研究科、⁶高辉度光科学研究センター、⁷岛根大学材料エネルギー学部、⁸东北大学大学院工学研究科、*责任着者）
掲載誌：ACS Energy Letters（米国化学会誌）
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