室温で世界最高の導電率を示すナトリウムイオン伝導性硫化物固体電解質を開発 大阪府立大

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大阪府立大学は2019年11月21日、室温で非常に高いナトリウムイオン伝導性を示す硫化物固体電解質の作製に成功したと発表した。このことは、より安全で高エネルギー密度を持つ次世代型全固体電池の開発に貢献するとしている。

リチウムイオン電池は、小型/軽量/高エネルギー密度という特長を有しており、スマートフォンやノートパソコンなどの蓄電池として広く普及しているだけでなく、電気自動車の駆動電源や家庭用大型蓄電池としての用途も拡大している。このリチウムイオン電池に代わる次世代型蓄電池として注目されているのが全固体電池であり、現在その実現に向けた研究開発が活発化している。

この要因としては、全固体電池が本来持っている安全性や長寿命というメリットに加えて、現行の有機電解液を凌駕する高いリチウムイオン伝導度を持つLi10GeP2S12(LGPS)型硫化物固体電解質が見出されたことによって、電池の高出力化と高エネルギー密度化が期待できるようになったことが挙げられる。全固体電池の実用化に向けたキーマテリアルは優れた固体電解質材料であり、アルカリ金属イオンを高濃度に含む硫化物材料は、高いイオン伝導度と電極との界面接合に有利な優れた成形性を併せ持つことから、現状、全固体電池への応用に最も適した固体電解質として、物質探索研究が世界中で活発に行われている。

今回の研究では、Na3SbS4結晶のアンチモン(Sb)の一部をタングステン(W)に置換したNa2.88Sb0.88W0.12S4電解質が、室温で極めて高い導電率を示すことを見出した。この電解質は、LGPS型硫化物電解質で報告されている最大のリチウムイオン伝導度(2.5×10-2 S cm-1)よりも高い導電率を持ち、また合成時に通常1000度以上の高温での熱処理が必要な酸化物電解質と比べて、より低温で合成できるというメリットがある。

今回開発したNa2.88Sb0.88W0.12S4電解質は、高湿度下においても硫化水素が発生しにくいため、今後は高い導電率と安全性を両立した硫化物電解質として、全固体電池への応用展開が期待できるとしている。

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