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2015-6

理論計算によるNaイオン二次電池用正極材料NaxV2(PO4)3の伝導特性


技術のポイント

Naイオン二次電池用正極材料NaxV2(PO4)3のNa濃度と陽イオン伝導性および拡散経路を系統的に検討

基礎研究


背景
Naイオン二次電池を実用化するため、有効な正極材料が必須である。候補材料としてNASICON型Na3V2(PO4)3が注目され、実験による結晶構造や電気特性が最近報告された。

目的
NASICON型NaxV2(PO4)3におけるNaイオン伝導およびNa濃度/温度の依存性を原子レベルで検討し、拡散機構や構造安定性などを評価する。

成果
(1) Naイオン濃度と関わり、Na(1)サイトの占有率がほぼ100%である。
(2) NaV2(PO4)3(x=1)の場合、NaイオンがNa(1)サイトにトラップされ、動かなくなる状況となる。
(3) 低温ではNaイオン拡散活性化エネルギーが約0.4eVであるが、高温では約0.7eVになる
NaxV2(PO4)3におけるNa空孔の拡散について原子レベルの理解


・手法: 経験的原子間ポテンシャル法(GULPコード)と古典分子動力学法(Moldyコード)
・評価: 原子の平均二乗変位(msd)と拡散係数の依存: Einstein式 msd = B + 6Dtサイト占有率 ∝ Bader体積内核密度

NaxV2(PO4)3の結晶構造(六方晶系格子)
NaxV2(PO4)3のNa濃度と温度の依存性



期待される適応分野
・ 優れた陽イオン伝導体の開発
・ 高エネルギー・低コストの蓄電材料素子の開発

参考文献 M. S. Islam and C. A. J. Fisher, Chem. Soc. Rev., 43 (2014) 185.



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