2研究成果 ／ 次世代電池
R-16
2025
ホウ酸塩骨格構造を用いた塩化物イオン伝導体の合理的設計
アピールポイント
共有結合性を利用した選択的なイオン伝導キャリアの生成
【技術シーズ：網羅的点欠陥計算／移動エネルギー計算】
背景・課題
・塩化物イオン二次電池の実用化に向け、高い熱安定性とイオン伝導性を兼ね備えた材料が必要
・酸塩化物はその候補となりうるが、塩化物イオンを選択的に伝導させるための材料設計指針がない。
・共有結合を活用した塩化物イオン伝導設計と理論計算による伝導機構の検証
解決手段
・点欠陥のできにくい高共有結合性のホウ酸塩骨格（B-O）をもつCa2B5O9Cl を母相とすることで、塩化物イオンの点欠陥を選択的に導入
・網羅的点欠陥計算と移動エネルギー計算による塩化物イオン伝導機構の解析
成果・新規性
①点欠陥計算の結果、格子間Cl（Cli）と置換La（LaCa）が欠陥平衡して支配的な点欠陥種となり、選択的な伝導キャリア（格子間Cl）の生成を確認
②第一原理分子動力学計算の結果、格子間Clを含むCl原子列で密度分布の拡がりを確認し、原子列内でのCl-イオンの伝導と対応
③Laとの会合を考慮した移動エネルギーは1.05 eVと算出され、実験の活性化エネルギー1.1 eVと一致
期待される市場・応用
・全固体電池、固体電解質
発表文献
Y. Meng, N. Nunotani, K. Shitara, Y. Matsushita, N. Imanaka, K. Yamaura, Y. Tsujimoto, J. Mater. Chem. A 2024, 12, 27229.
謝 辞：本研究の一部は、JSPS科研費（22K14465、22H05146、22K23046）の助成により実施されたものである。
担当者：設樂一希
共同研究者：（物質・材料研究機構）辻本吉廣、Meng Yu、（大阪大学）布谷直義、今中信人
プレゼンテーション動画
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